Práctica 1: muelle-amortiguador
de primer orden
Pre-práctica
(PDF)
Descripción de la Práctica 1 (PDF)
En esta práctica se
demuestra el tiempo de respuesta de un sistema de primer
orden. Este sistema consta de un muelle y un amortiguador
representados, respectivamente, por un cantilever y
un amortiguador de aire (figura 1). El cantilever está
realizado en acero para muelles y se puede modelar como
un muelle lineal, es decir, la fuerza en el extremo
del cantilever depende linealmente de su desplazamiento.
El amortiguador de aire
se puede modelar como un amortiguador puro allí
donde la fuerza de amortiguación sea proporcional
a la velocidad, siempre y cuando el volumen de aire
detrás del pistón no sea demasiado grande.
Se puede omitir la masa del cantilever, siempre y cuando
la amortiguación del amortiguador de aire no
sea demasiado pequeña. Los estudiantes observarán
que, en ciertas circunstancias, el sistema se
desvía considerablemente de estas representaciones.
Este comportamiento inadecuado puede ser motivo para
postular otros modelos más complejos.
Figura 1.
Representación: muelle y amortiguador.
En la figura 2 se muestra
una representación esquemática del sistema.
Figura 2. Representación:
muelle y amortiguador.
El amortiguador de vidrio
está cubierto con goma como protección
para el usuario, en caso de rotura. En la figura 3 se
muestra un amortiguador sin cubierta de goma, en el
que se pueden ver el pistón y el volante de ajuste.
Este volante regula la amortiguación modificando
la apertura por la que fluye el aire.
Figura 3. Amortiguador
de aire sin cubierta de goma.
En la figura 4 se muestra
una cámara web sencilla que graba los datos en
formato video. El software de grabación le permite
configurar la velocidad de trama. Observando las tramas
individuales de la animación, se pueden
construir una tabla de posición y una tabla de
tiempo.
Figura
4. Una sencilla cámara graba los datos en la
pantalla en forma de animación.
Los datos se pueden procesar
en un diagrama que puede utilizarse para deducir el
tau de la constante de tiempo (figura 5).
Figura
5. Respuesta de un sistema de primer orden a un desplazamiento
inicial.
Video del muelle amortiguado
del cantilever (305 KB)
Requisitos del sistema: Quicktime®
Figura
6. Demostración de video.
Materiales y apuntes
Información práctica y comentarios
- Amortiguador de aire de precisión
Airpot. Utilizamos un amortiguador regulable
de vidrio recubierto por una goma como protección
para el usuario en caso de rotura. Los modelos que
utilizamos son: (2K)S95-A200 o (2K)S160-A200-F275
(603/382-4179). Consulte la página
Web de Airpot.
- Escuadras de fijación.
Una de las escuadras de fijación es una montura
para el amortiguador y la otra una montura y abrazadera
para el cantilever del muelle. Las escuadras de fijación
de 3X3X0,375 pulgadas se pidieron a Pierce Aluminum.
Los dibujos para estas escuadras de fijación
son: placa 1 y placa 2 (archivos .tif, haga clic en
el botón derecho del ratón y "guardar
como..." (save as...)).
- Pernos y reglas. Los pernos
se deberían montar para servir de detención
al cantilever y así prevenir daños en
el airpot. Al principio utilizamos reglas de plástico
a modo de escala para la deflexión del cantilever,
pero resultaron ser menos visibles con la cámara
Web que los trozos de papel.
- El muelle del cantilever emplea
láminas planas de acero de resorte que resultan
difíciles de agujerear a máquina para
permitir el acoplamiento del amortiguador.
- Placa óptica de base
OptoSigma, aluminio negro anodizado. Existencias:
- 18x24 pulgadas, 1/4-20 en centros de 1 pulgada:
número de producto 145-1160
- 457x610 mm., M6 en centros de 25 mm.: número
de producto 145-1165
Puede consultar los precios de estos productos en
la página Web de OptoSigma. Vaya a: Go
to >"Optical Bases" (bases ópticas)>"Baseplates"(placas
base).
- Stand Edmund Scientific, abrazaderas
para el montaje de cámaras Web: VWR supply
room (sala de suministros).
- Cámara Web. Para más
información acerca de estas cámaras,
consulte la página: http://www.winnov.com.
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