República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación

Universidad Nacional Experimental Politécnica de la Fuerza Armada NacionalUNEFA – Núcleo San Tome

“Excelencia educativa, Abierta al pueblo”San tome – Edo. Anzoátegui

Ingeniería Mecánica, II Semestre.Física I

Seccion B01

TRABAJO Y POTENCIA MECANICA

Practica de Laboratorio de Física # 4

Profesor: Ing. José Freites Integrantes: Wuilliams J. Aular CI: 23.512.790 Ana V. Martínez L CI: 21.721.155 Carlos V. Colmenares CI: 23.512.025 José L. Flores CI: 20.855.891

San Tome, 15 de Junio del 2011

Introduccion

En el campo de la Física no se habla de trabajo simplemente, sino de Trabajo Mecánico y se dice que una fuerza realiza trabajo cuando desplaza su punto de aplicación en su misma dirección. El Trabajo Mecánico se puede designar con la letra T o W. Cuando se levanta un objeto pesado contra la fuerza de gravedad se hace trabajo. Cuanto más pesado sea el objeto, o cuanto más alto se levante, mayor será el trabajo realizado. En todos los casos en los que se realiza un trabajo intervienen dos factores: (1) la aplicación de una fuerza y (2) el movimiento de un objeto, debido a la acción de dicha fuerza.

En nuestra practica de laboratorio experimentaremos la existencia del Trabajo presente en un Sistema de polea con motor eléctrico, aplicando una fuerza F sobre una masa m determinada. Considerando que el dicho cuerpo que es arrastrado sobre una superficie horizontal pero en plano inclinado, sometido a la acción de una fuerza ejercida por el motor electrico. Suponga que la fuerza es constante y que el cuerpo se desplaza a una distancia d.

Siendo θ el ángulo entre y la dirección del desplazamiento del cuerpo, el trabajo W realizado por la fuerza , se define de la siguiente manera: El trabajo que desarrolla una fuerza constante , que forma un ángulo θ con el desplazamiento , está dado por:

W = F. d. Cos θ

Contenido

Pag.

Objetivos del Proyecto……………………………………………(en numero romano)

Materiales y Equipos……………………………………………………………...

Datos Teoricos…………………………………………………………………….

Procedimiento Experimental

Resultados Experimentales

Discusion de Resultados

Conclusion

Comentarios y criticas

Objetivos del Proyecto

Objetivo General

- Determinar el Trabajo y la potencia generada por una masa al aplicársele una fuerza F.

Objetivos Específicos

- Reconocer cuando el trabajo realizado por un objeto móvil es positivo, negativo y nulo.

- Determinar la influencia de los angulos al aplicar una fuerza F determinada sobre una masa en un plano inclinado.

- Calcular el trabajo realizado por una masa al aplicársele una fuerza sobre un angulo de inclinación.

- Determinar la potencia generada en el caso presente. Y cambiarla a HP (caballos de fuerza).

Materiales y Equipos

Materiales Descripcion TecnicaHilo o pabilo Cuerda que alza la masa hasta la altura

máxima.Bloque de masa Hecho de madera con un peso de 250grAlambre de cobre esmaltado Enroscado sobre la rosca giratoria del

motor.Envovinado Escotillas

Equipos Descripcion TecnicaSoporte de Metal Para sostener los materiales empleados.

Hecho de laminas de aluminio en una longitud de 25 cm de largo por 7 cm de ancho.

Motor eléctrico Genera la fuerza para subir y bajar la masa. Con una batería de 12 voltios.

Base del Prototipo Soporte en la superficie. Hecho de madera 30 cm de largo por 7 cm de ancho.

Conector Palanca de activación o inactividad del motor.

Datos teoricos

Trabajo:

El trabajo W efectuado por un agente que ejerce una fuerza constante sobre el sistema es el producto de la magnitud F de la fuerza, y la magnitud Δr del desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza. Y cosθ, donde θ es el ángulo entre los vectores fuerza y desplazamiento.

W =F . Δr . cosθ

El Trabajo Mecánico, como producto de dos magnitudes ( y ) que tienen módulo, dirección y sentido, ofrece varias modalidades que se deben analizar de acuerdo a la ecuación W =F.d.cos θ :1) Cuando θ = 0º, se tiene que cos 0º= 1. En este caso y tienen la misma dirección y sentido y el trabajo mecánico es máximo: T =F.d

2) Cuando θ = 90º, se tiene que cos 90º = 0. En este caso la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares entre sí y el trabajo realizado es nulo: W = 0

3) Cuando 0º θ < 90º, el trabajo es positivo, por ser cos θ  positivo. En este caso la fuerza aplicada al objeto tiene una componente en la misma dirección y sentido del desplazamiento.

4) Cuando 90º < θ 180º el trabajo es negativo por ser cos θ negativo. En este caso la fuerza aplicada al objeto tiene una componente en la misma dirección del desplazamiento, pero de sentido opuesto.

Unidades de trabajo:

Las unidades de trabajo o energía cinética son tales que [ K ]=[ W ]= [ FX ] , es decir, fuerza por distancia. En el SI se tiene:

[ W ]= [ Nm ]=[ Joule ]=[ J ] . Por lo tanto 1 [ J ] es el trabajo realizado por una fuerza de

1 [ N ] al desplazar al cuerpo una distancia de 1[m] en la dirección y sentido de la fuerza.

De la misma forma, usando ecuación (4.2), 1 [ J ] podría ser definido como el trabajo realizado por una fuerza de 1[N] en la cual el cuerpo experimenta una variación de

energía cinética de 1 [ J ] . Por ejemplo, si el cuerpo parte del reposo y tiene una masa de

0,5 [ kg ] , su velocidad, en la dirección y sentido de la fuerza, sería de 2 [ m /s ] .En el

sistema C.G.S., la unidad de trabajo es el erg , tal que 1 [ erg ]=10−7 [ J ] .

Trabajo mecánico y potencia:

El trabajo, tal y como ha sido definido, no hace referencia al tiempo que dura el correspondiente proceso de transferencia de energía de un cuerpo a otro. Para dar idea de la rapidez con la que se realiza el trabajo, se introduce la magnitud potencia

mecánica; esta se representa por la letra P y se define como la cantidad de trabajo que puede efectuarse en la unidad de tiempo.

Su expresión matemática viene dada por la ecuación: P=W

t .

La potencia es, sin duda, la magnitud más importante a la hora de describir el comportamiento mecánico de una máquina. Esta podría efectuar un trabajo considerablemente grande si se le da el tiempo preciso, pero para saber el ritmo al que se efectuaría dicho trabajo es preciso disponer del dato de la potencia.

De acuerdo con su definición, expresada en la ecuación (4.5), la unidad de medida de la

potencia en el Sistema Internacional será igual a [ J

s ], unidad que se denomina watt[ W ]

. Así 1 [W ] es la potencia de un agente externo capaz de realizar un trabajo de 1 [ J ] en 1

[ s ] . Algunos de los múltiples del watt son utilizados con frecuencia, en especial el

kilowatt (1 [ kW ]=103 [W ] W) y el Megawatt ((1 [ MW ]=106 [W ] . El caballo de vapor [ cv ]es una unidad técnica de potencia que, aun cuando no pertenece al SI, es utilizada frecuentemente en la caracterización de los motores de explosión, en la cual

1 [ cv ]=735 [W ] . Otra unidad es el “caballo de fuerza” ( H .P .) , tal que aproximadamente

1 [ H . P . ]=746 [W ] .

Procedimiento Experimental

Ubicar el móvil o cuerpo de masa igual a 250gr colgando en el punto mas bajo de la polea y proceder a activar el motor el eléctrico para subir la masa hasta su punto máximo.

Anotar sus datos y componentes.

Datos:- Masa: 250gr pasar a Kg = 0,250kg- Distancia: 42cm pasar a metros = 0,42m- Angulo: 45° grados Dibujar nuestro diagrama de Cuerpo Libre:

El Peso es igual: P=m.g P= 0,250Kgr . 9,8m/s2

Realizamos nuestra sumatoria de fuerzas en el eje X. Entonces ΣFx=m.a F-Px=m.a, nuestra aceleración es nula, por lo tanto m.a es igual a 0.F-Px=0 donde despejando Fuerza nos dara F= Px

Calculamos el valor de el componente de Px. Su formula será Px= m.g. Seno θ Lo que dara lugar a Px= (0,250Kgr. 9,8m/s2). Seno 45° con un valor resultante de

1,73 Newton. Regresando a nuestra formula anterior de F= Px la fuerza es igual a 1,73 N. Siguiendo los objetivos planteados, procedemos a determinar el Trabajo

realizado sobre la masa. Siguiendo su ecuación el trabajo vendría siendo dado por W= F.d. Coseno θ ya

que posee plano inclinado. W= 1,73 N. 0,42cm. Coseno 0° el trabajo ejercido sobre el cuerpo es 0,72 N.m

que en las unidades de trabajo es igual a Joule (J). Siguiendo los objetivos planteados, continuaremos con la Potencia. La potencia es igual al trabajo empleado por la distancia sobre el tiempo (P=

F.d/t) Donde la Velocidad es igual a la distancia sobre el tiempo (V=d/t) Sustituyendo estos valores en la formula de potencia, quedara igual a P= F.V Nuestra velocidad es de 0,16m/s. P= 1,73 N. 0,16m/s con un valor de 0,27 J/seg En las unidades de Potencia J/seg es igual a Watt o Watios. Cambiandolo a unidades de HP. 0,27 watt . 1 HP/745 watt es igual a 3,62 x10 a la -8 HP.

Resultados experimentales

Masa 250gr a 0,250KgrDistancia 42 cm a 0,42 mVelocidad 0,16m/sPeso en el eje X (Fuerza) 1,73 NTrabajo 0,72 JPotencia 0,27 wattHP 3,62x10 a la -8 HP.

Discusioon de Resultados

Nos daban los componentes básicos para realizar las operaciones planteadas.

Nuestros objetivos serian resuletos de manera fácil y rápida, ya que teníamos formulas previamente planteadas, es decir, W= F.d.Cosθ y P= W/t.

Ya obtenidos los datos básicos de V, d, m y θ, solo se faltaba calcular el peso ya que el peso guindado sobre la cuerda le actua la fuerza de la gravedad y debíamos calcular su Peso según el caso. Una vez obtenido el peso, medimos su magnitud según el eje X.

Ya recolectados todos los datos solo hay que seguir las formulas básicas del trabajo y la potencia mecánica.

Conclusion

- La masa al estar suspendida es ejercida la fuerza de gravedad sobre ella.- La velocidad es igual a la distancia recorrida sobre el tiempo que se llevo a

realizar dicha distancia.- El peso esta en sentido al eje X, ya que esta en plano inclinado y es necesaria la

formula de Px.- HP es igual a los watios obtenidos entre 745 HP.- Existen dos formulas para la Potencia: P=W/t y P=F.V.

Comentarios y Criticas

- Primer prototipo utilizando un motor eléctrico, un buen uso del equipo, fue ingenioso.

- Los compañeros en realizar el experimento u/o Prototipo no dieron la magnitud del tiempo que duro en recorrer la masa desde el punto A al punto B.

¿Si no poseen el tiempo como calcularon la Velocidad?, ya que la Velocidad es igual a la distancia sobre el tiempo. ¿de donde sacaron el valor de V?

- Si el objetivo es calcular el trabajo, no entendimos que estaban calculando, ¿la cuerda o la fuerza del motor eléctrico?