Lab. 03. Conservacion de La Energia

8/4/2019 Lab. 03. Conservacion de La Energia

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UES - FMODepto. Ciencias Naturales y Matemáticas

Sección de Física

Asignatura: Física 1 (Ciencias e Ingeniería)Docente: Lic. Juan Ernesto Gómez

PRÁCTICA DE LABORATORIO No. 3

³CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA´

I. OBJETIVOS.

Que los/las estudiantes:

Midan las variaciones de energía cinética y potencial gravitatoria de una partícula endiferentes puntos de su trayectoria.

V

erifiquen experimentalmente el ³Principio de Conservación de la Energía´. Calculen el porcentaje de energía mecánica que ³se pierde´ durante el movimiento de la

partícula en una trayectoria definida.

II. FUNDAMENTO TEORICO.

Balance de energético y principio de conservación de la energía.

En general, los elementos que constituyen un sistema físico (partículas) pueden interactuar entre sí por medio de fuerzas conservativas y NO conservativas. A las fuerzas NO conservativas se les

denomina en ocasiones ³las otras fuerzas´. A partir del teorema del trabajo y la energía cinética

K Wtot (! , se tiene que el trabajo de la resultante de las fuerzas presentes en el sistema es igual ala diferencia entre la energía cinética final menos la inicial. Esto es:

2

2

¡

¢ ¢ K K r d !�´XXX

(Ec. 1)

El trabajo de las fuerzas conservativas WC es igual a la diferencia entre la energía potencial inicial y

la final. O sea:

12

2

1C

UUr dF £

¤ ´XX

(Ec. )

Luego, al combinar las expresiones 1 y , se que obtiene que:

1212

2

1NC

K K UUr dF ¥ ¦ ´XX

1122

2

1NC

r § �´XX

̈

©

(!! (Ec. 3)



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De este última expresión se evidencia que el trabajo de una fuerza NO conservativa modifica laenergía mecánica (cinética más potencial) del sistema. Finalmente, de la ecuación 3 se ve que la

energía mecánica final del sistema será:

NC1

WEE ! (Ec. 4)

A esta expresión se le denomina ³balance energético´ de un sistema mecánico, y constituye la

representación matemática del ³principio de conservación de la energía´

III. TAREA PREVIA

1) Revisión de conceptos:

a) Defina los siguientes conceptos: trabajo, energía cinética, energía potencial, energíamecánica.

b) Enuncie el teorema del trabajo y la energía cinética.

c) Enuncie el principio de conservación de la energía.

d) ¿Qué características debe tener una fuerza para que sea conservativa? Cite algunos ejemplos.

e) ¿Es posible definir una función de energía potencial para una fuerza no conservativa?

Explique por qué si o porqué no.

f) ¿Puede ser negativa la energía mecánica de un sistema? Explique porqué si o porqué no.

) Ejercicio: Considere que el sistema que se muestra en el montaje experimental está libre defricción y desprecie la resistencia del aire. Suponga que la esfera tiene una masa de 0 g y que

nuestro nivel de referencia se encuentra sobre la superficie de la mesa de trabajo, de tal manera

que cm0yA ! , cm5yB ! y cm80yC ! . Si la esfera se suelta en el punto A, calcule:

a) La rapidez con la que la esfera abandona la mesa.

b) La rapidez de la esfera justo antes de chocar contra el piso.

c) La distancia horizontal que recorre la esfera antes de chocar contra el piso

d) La rapidez de la esfera cuando se encuentra en ±40 cm.

e) En qué posición la rapidez de la esfera tiene una valor de 0.15 m/s.

3) Laboratorio virtual:

Ingrese al sitio web: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/cupula /cupula .htm ylea con cuidado el objetivo de la simulación, su fundamento físico y su descripción. Luego, sigalas siguientes indicaciones:

a) Vaya al applet e ingrese en el simulador un coeficiente de rozamiento de 0.0 y para el parámetro ³a´ un valor de 0.5. El parámetro ³a´ describe la superficie parabólica. Luego,

pulse el botón titulado Inicio.

b) Establezca la posición de partida de la partícula arrastrando con el puntero del ratón la flechade color rojo. Elija x0 = 4. A continuación, pulse el botón titulado Empieza.




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c) Observe el movimiento de la partícula. Bajo el eje x aparecen los botones de Pausa y Paso que le permiten ver algunos datos momentáneos de la partícula. En la parte superior izquierda

del applet aparecen las variables t, v y x, así como una representación gráfica del balanceenergético del sistema.

d) Ingrese el valor del coeficiente de rozamiento de 0.1. Registre los valores de ³t´ y ³v´ paralas posiciones ±4, ±3,«, 0, 1, «, xmax. Considere que las unidades son ³metros´.

e) Con los resultados construya las siguientes gráficas: ³K vrs x´, ³U vrs x´ y ³E vrs x´.también las gráficas ³K vrs t´, ³U vrs t´ y ³E vrs t´. Considere que la masa del objeto es de

5 g.

f) ¿Qué puede concluir sobre estas curvas? ¿Qué puede decir sobre el trabajo realizado por la

fuerza de rozamiento? ¿Cuánto tiempo después del inicio el objeto alcanza el reposo?

g) Repita el procedimiento anterior para un coeficiente de rozamiento de 0.3. ¿Qué puede

concluir de los resultados obtenidos?

IV. MATERIAL Y EQUIPO

Material. Equipo de medida.

Regla curva (rampa)

Esfera metálica (balero) o canica.

Presas G.

Plomada.

Papel carbón (*)

Papel bond (*)

Tirro (*).

Balanza gravimétrica.

Cinta métrica.

Escuadra de 30 cm (*)

(*) Material que el estudiante deberá llevar a la práctica.

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1) Arme el equipo como se indica en la figura 1. La orilla de la rampa debe quedar justamente en el borde de la mesa.

) Mida la masa del balero y las alturas ³yB´ y ³yC

´. Con relación a yB, debe medirse desde lasuperficie de la mesa hasta el centro del balero colocado en el punto B.

3) Localice los puntos C y D y márquelos en papel bond. El papel debe esta adherido al piso. Paraubicar el punto C, libere el balero desde el punto A y observe donde impacta contra el suelo.

Luego, una los puntos C y D con papel bond cubierto con papel carbón.

4) Coloque el centro del balero a 3.0 cm sobre el nivel de la mesa y suéltelo. Mida la distancia

horizontal entre los puntos D y C. Haga esto unas 5 veces.




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5) Repita el procedimiento anterior hasta llegar al borde superior de la regla curva.

VI. SUGERENCIAS PARA EL ANALISIS DE LOS RESULTADOS.

NOTA: No olvide que estas sugerencias le marcan un posible camino a seguir para realizar el

análisis de los resultados, por lo tanto, no constituyen el cuerpo del informe tipo artículocientífico.

1)

Para inicial, calcule el tiempo de caída del balero. ¿Por qué se realiza el cálculo una sola vez?) Calcule la rapidez del balero en los puntos B y C.

3) Calcule las energías cinética, potencial gravitatoria y mecánica en cada observación. Esto es, losvalores de energía para los puntos A, B y C. ¿Resultan ser iguales las energías mecánicas en los

puntos A y B? ¿B y C? ¿A y C?

4) Obtenga la ³energía mecánica perdida´ en los tramos BAp , CBp y CAp . Exprese estas

cantidades en porcentajes. ¿A qué cree que se deba principalmente la diferencia?

5) ¿Qué tipo de energía tiene el sistema inicialmente y en qué se transforma durante el balero semueve sobre la rampa?

6) ¿Es posible calcular el coeficiente de fricción en el tramo BAp ? ¿y el coeficiente de arrastredel aire k en el tramo CBp ? Si su respuesta es positiva, obtenga el valor de estos coeficientes.

7) ¿Por qué es importante conocer técnicas diversas que permitan ³transformar´ la energía de untipo a otro? Cite cinco técnicas que se utilicen para producir energía eléctrica. En cada caso,

explique cuál es tipo de energía que se transforma en eléctrica y describa brevemente el proceso.

8) Escriba sus conclusiones y comentarios.

yC

Fig. 1. Montaje experimental.

Papel bond.

Punto (C)

BvXyA yB

xC

Punto (B)

Punto (A)

Punto (D)C

vX




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HOJA DE ENTREGA DE RESULTADOS

Grupo de Laboratorio No: ______ Fecha: ____________

Auxiliar de cátedra: _________________________________________

Práctica de laboratorio No. 3: ³Conservación de la energía mecánica´

Integrantes del grupo de trabajo.No Apellidos Nombres No Carné

1

3

4

5

6

¡En el espacio de abajo se deben presentar los resultadosexperimentales!

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