Aspectos cinemáticos y energéticos: oscilador armónico horizontal

Abstract

El uso de simulaciones y de dispositivos didácticos, facilita la visualización y comprensión de los fenómenos tratados en nuestra materia, (Física I) Así, la clase destinada a Movimiento Armónico Simple (MAS) es apoyada con una simulación que hemos desarrollado enfocando aspectos cinemáticos y energéticos de este tema. El oscilador armónico horizontal consiste en un sistema masa resorte desplazando la masa en un plano horizontal sin roce. La aplicación de las leyes de Newton al sistema modelado aún como partícula,conduce a una ecuación diferencial de segundo orden cuyas soluciones permiten obtener la posición velocidad y aceleración. Las soluciones son combinaciones lineales de funciones armónicas. En el contexto de la Materia Física I de la Facultad de Ingeniería UNLP esta es la primera oportunidad en que se exploran aspectos cinemáticos y energéticos cuando actúan fuerzas variables en el tiempo. Para este cometido, se han representado por medio de simulaciones desarrolladas en Mathematica la evolución de las variables cinemáticas y energéticas y se las ha sincronizado con el movimiento también simulado de una masa conectada a un resorte. De esta forma, es posible conectar las gráficas con posiciones clave de la masa con la esperanza de mejorar la comprensión del movimiento y el balance entre energía cinética , potencial y mecánica. Una encuesta, constituye el corolario de este trabajo, y está dirigida a poner en juego la comprensión de conceptos tales como el ángulo de desfasaje, los valores de velocidad y aceleración en puntos clave etc. . Además la simulación es de por sí una herramienta de estudio, donde los alumnos pueden poner a prueba sus predicciones y afianzar sus conocimientos a través de la repetición y observación detallada ejecutada con la velocidad que necesitan para tal fin. En este sentido, la actividad suplementa la adquisición de conocimientos que permite la observación directa de experimentos reales. La encuesta permitirá también evaluar la efectividad de las simulaciones comprando respuestas contra aquellos que no realizaron simulaciones.