Energia Potencial y Cinetica

GUIAS ÚNICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I

TRABAJO Y ENERGÍA ENERGIA POTENCIAL Y

CINÈTICA

SANTIAGO DE CALI UNIVERSIDAD SANTIAGO DE

CALI DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS

DDEEPPAARTRTAAMMEENNTTOO DDEE LLABABOORRAATTOORRIIOOSS

GGUUIAIASS DDEE FFIISSIICCAA II

ENERGÍA POTENCIAL Y

CINÉTICA CONSERVACIÓN

DE LA ENERGÍA

1. OBJETIVO.Estudiar la ley de la conservación de la energía mecánica.

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

ñ Observar la variación de la energía cinética en función de la energía potencial gravitacional de una partícula.

ñ Observar la variación del alcance horizontal en función de la energía cinética inicial en un tiro parabólico de una partícula.

ñ Efectuar medidas de pendientes en una gráfica realizada en papel milimetrado.

ñ Determinar indirectamente la ley de la conservación de la energía mecánica.

3. SISTEMA EXPERIMENTAL

3.1 Material Requerido

ñ Hiloñ Balín de aceroñ Cuchilla de afeitarñ Reglañ Papel carbónñ Soporte verticalñ Plano metálicoñ Papel milimetrado

3.2 MONTAJE EXPERIMENTAL

En el montaje de la figura, el péndulo está formado por un balín

suspendido de un hilo de coser y la cuchilla de afeitar se dispone exactamente en el punto A, con el filo dispuesto, de tal forma que corte el hilo cuando el balín llegue a ese punto, después de soltarse desde una altura h.



3.3 Chequeo Inicial y Minimización de Errores Sistemáticos

El soporte vertical así como la guía del plano metálico deben estar fijos a la mesa. Verifique que la nuez que asegure la varilla de la cual va a pender el hilo esté bien ajustada. Asegúrese que el plano metálico se coloque de tal forma que el plano del movimiento del balín coincida con él. Esta verificación debe hacerse cada vez que va a liberar el balín desde una altura h.

4. CONSIDERACIONES TEORICAS

Empecemos recordando que la suma de la energía cinética y potencial gravitacional de un objeto de masa m que se encuentra en un campo gravitacional g se conserva en el tiempo y se conoce como energía mecánica, esto es

E = K + U (3.1)

Donde K la energía cinética dada por

K = mv2/2 (3.2)

Y v la velocidad del objeto. U es la energía potencial dada por

U = mgh (3.3)

Donde g es la aceleración de la gravedad, esto es la magnitud del campo gravitacional g y h la altura a la cual se encuentra el objeto, medida desde el nivel de referencia que se use para determinar la energía potencial.

f f

Entonces para un objeto que pasa de una situación inicial (i) a una final (f), es posible aplicar la ley de la conservación de la energía en la forma

Esto es,

Ki + Ui = Kf + Uf (3.4)

Mvi2/2 + mghi = mv 2/2 + mgh (3.5)

Como Usted habrá observado a medida que h se incrementa, el alcance horizontal del balín, x, también aumenta. De igual manera es posible que Usted haya percibido que cada vez que se aumenta h, es decir, cada vez que aumenta la energía potencial gravitacional del balín, también aumenta la velocidad con que éste abandona el punto A. Esto significa que x crece con la velocidad del balín en ese punto. Entonces si x crece con la velocidad del balín en el punto A, Usted podría pensar que x crece con la energía cinética que el balín ha adquirido en A.

La ley de la conservación de la energía establece que la energía cinética del Balín en el punto A, mv2/2, es igual a la energía potencial gravitacional del balín antes de ser liberado, mgh, medida desde la horizontal que pasa por A, esto es

mgh = mv2/2. (3.6)

Además, Usted recuerda que cuando una partícula describe una trayectoria parabólica el alcance horizontal, x, está dado por

x = vt, (3.7)

donde v es la componente horizontal de la velocidad inicial (velocidad del balín cuando pasa por el punto A) y t es el tiempo de vuelo de la partícula, mientras que y, la altura que desciende la partícula desde el punto A, en el caso que nos ocupa, está dado por

y = gt2/2, (3.8)

donde g es la aceleración de la gravedad y t como se mencionó antes es el tiempo de vuelo de la partícula. De estas dos ecuaciones Usted puede obtener para v2 la expresión

v2 = gx2/(2y) (3.9)

Reemplazando esta expresión para v2 en la ecuación (1) Usted obtiene para h,

h = x2/4(y) . (3.10)

PROCEDIMIENTO Y ANÁLISIS.

Laboratorio de Energía Potencial y cinética. Conservación de la energía

Fecha:

Profeso

r:

Nombre y código de los integrantes del grupo:

Se suelta el balín desde una altura h y cuando pasa por el punto A, la cuchilla corta el hilo y el balín sigue hasta tocar el suelo en el punto x, tal como se muestra en la figura 1. Recuerde que el plano del movimiento del balín debe ser paralelo al del plano metálico, donde Usted determinará la altura h de la cual se libera el balín.

PREGUNTA: Qué tipo de trayectoria sigue el balín después de abandonar el puntoA?

ñ Usted puede determinar la altura h, desde la cual suelta el balín, en la hoja de papel que adhiere al plano metálico coincidente con la trayectoria del balín desde que lo suelta hasta que llega al punto A. Cuál es la incertidumbre en la medida de h? (Tabla 1).

ñ Para un mismo valor de h, libere el balín al menos tres veces y determine el valor de x. Observa alguna dispersión en el valor de x? Cuál es la incertidumbre en la medida de x?.

ñ Tome al menos 6 valores diferentes de h y repita el procedimiento anterior. (Tabla 1).


GGUUIAIASS DDEE

FFIISSIICCAA II

PREGUNTA: El alcance horizontal depende de y?

A partir de sus datos, ahora es posible encontrar una relación matemática entre h y x, h = f(x) para este propósito en papel milimetrado grafique h en función de x. Que relación encuentra?

A partir de sus datos, ahora encuentre una relación matemática entre h y x2, esto es h = f(x2). Usted puede intentar una curva de h en función de x2.

PREGUNTA: Cuál es el valor de la pendiente de esta curva? Cuál es el valor de la incertidumbre en esta determinación?

PREGUNTA: Para h = f(x2) a partir de sus mediciones experimentales está de acuerdo con la ley de la conservación de la energía?. Calcule y

PREGUNTA: Cuál es el porcentaje de error de su resultado?



PREGUNTA: Cuáles son las causas de error?

CONCLUSIONES:Nota: Adjuntar los cálculos realizados.



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