(166625680) Practica Rueda Maxwell

Laboratorio de Física

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA (I) 1. OBJETIVO Estudiar la variación de la energía cinética y potencial de un sólido que gira alrededor de un eje, en función del tiem po.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO La energía total de una rueda de masa "m" y momento de inercia "I" respecto a un eje de esión: ón: rotación viene dada por la ex pr esi

E=E p + Ec

(1)

donde la energía cinética del sólido  puede  puede calcularse como la suma de la energía cinética de rot rotación (alrededor de un eje que pasa por el centro de masas) más la energía cinética de traslación (debido al movimiento del centro de masas):

1

1 I 2  m v 2 2 2

E=E p + ER + Et = m g s 

(2)

aslación v = velocidad de tr as  = velocidad ang ular  s = espacio recorrido  por el centro de masas I = momento de inercia del sólido

Como la velocidad de traslación del sólido está relacionada con la velocidad angular d el mismo a través del radio del eje de rotación, si se sustituye en la expresión (2) el valor de , y teniendo en cuenta que el sólido va a girar y a trasladarse en el sentido negativo del e je  je: E

 

m gs 

1

I

v

    2  r  



1

m v2

 cte

(3)

2

3.- MATERIAL UTILIZADO Varillas, l=1000 l=1000 mm   Pie en A   Nueces -4 2   Rueda: I rue a 9,9·10 kgm mrueda= 470 g 2.5 mm r eje de r otac otaciión  

=

=

 

 

Regla graduada, l=1000 mm   Indicadores  para regla graduada  Barrera fotoeléctrica con contador  Condensador 100 nF/250 V   Cables de conexión  Fuente de alimentación 5 V (CC)

Dispositivo de sujeción con disparador 

Conservación de la Energía Mecánica

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Laboratorio de Física El material aquí referido puede visualizarse en la figura 1.

 F i g ur a 1. Di s po sit ivo  Ex per iment al 

4.- EXPERIMENTACIÓN Para conocer los valores de las energías (E p, ER y Et) debemos conocer  previamente la distancia recorrida por la rueda y la velocidad de traslación de la misma en función del tiempo. Para ello sigan las siguientes indicaciones. Medida de las distancias recorridas  por la rueda: El espacio recorrido (desde el eje de rotación de la rueda hasta el detector de la  barrera fotoeléctrica), es medido con una regla que lleva incorporados unos indicadores  para que resulte más sencillo realizar las diferentes lectur as.

Medida del tiempo (t) que tarda la rueda en desplazarse una cierta distancia: El tiempo es medido a través del contador de la barrera f otoeléctr ica:  Antes de fijar la rueda con el dispositivo de sujeción bloqueen éste último, pulsando el disparador y fijándolo con el tornillo later al.   Enrollen la cuerda en el eje de la rueda hasta la posición inicial de lanzamiento,  procurando siempre que la densidad de la cuerda sea aproximadamente igual en ambos lados. Antes de liberar el objeto, a través del dispositivo de sujeción con disparador, hay que asegurarse de que su eje de rotación esté alineado horizontalmente para que el disco no oscile ni  balancee.

Conservación de la Energía Mecánica

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Laboratorio de Física  

Seleccionen en la barrera fotoeléctrica la posición .  Presionen el set de la barrera fotoeléctrica, aparecerá en la misma (  ).   Desbloqueen el dispositivo de sujeción, a través del tornillo ubicado al lado del disparador. La rueda comenzará el movimiento y el contador se activar á.   Cuando el eje de rotación atraviese el detector de la  barrera fotoeléctrica, el contador de la misma mostrará el tiempo invertido por el objeto en recorrer el es pacio. Realicen el experimento como mínimo  para 7 distancias diferentes, para ello desplacen la  barrera fotoeléctrica a lo largo de la varilla a la que se encuentra su jeta. s (m)

EP (J)

t(s)

Medida del tiempo (t) que tarda el eje de rotación en atravesar el detector de la bar re  r a fotoeléctrica. Para las mismas distancias con las que se ha trabajado anter ior mente:  Bloqueen el dispositivo de sujeción y coloquen la rueda en la posición inicial. .    Seleccionen en la barrera fotoeléctrica la posición   Desbloqueen el dispositivo de sujeción y presionen seguidamente el set de la  barrera fotoeléctrica, aparecerá en la misma ( ).  Tan pronto como el eje de rotación se introduzca en la  barrera, el contador se activará y mostrará el tiempo, t, invertido en el d es plazamiento, 2r . La velocidad se calculará como v=espacio recorrido/ t = (2r )/ t.  Nót e se que aunque  se trata de un movimiento uniformemente acelerado, se utiliza para el cálculo de v la f ór mula correspondiente a un movimiento uniforme ya que puede considerarse que la medida de la velocidad se r eal i z a en un in st ant e de tiempo d et er minad o. s (m)

t (s)

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v (m/s)

ER (J)

Et (J)

t(s)

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Laboratorio de Física Representen la variación de las energías en función del tiempo: Ep=f(t), ER =f(t), Et f(t). Tengan en cuenta que el origen de tiempos se debe tomar en el  punto de máxima altura (donde la energía potencial es máxima y la cinética es mínima) y que el sistema transforma su ener gía  potencial en energía cinética. Comenten los resultados obtenidos. =

Para la realización de los gráficos pueden utilizar “Excel” u otra hoja de cálculo. En todos los ordenad ores del lab oratorio está instalada la ho ja de cálculo “Excel” y el procesador de datos “Word”. Todos los ord ena dores se encuentran en red con una impresora,  ubicada en el lab oratorio, disponible para la impresión de los datos y gráf icos que deseen.

Al termi nar la práctica, entreguen una copia de los datos experimentales obtenidos indi cando el título de la práctica, sus nombres y apellidos, grupo de teoría al que pertenecen y fecha de realización.

En el Informe a ent regar, se deben incluir todas las tablas de datos, las gráficas y ajustes realizados, los valores calculados y su comparación con los valores reales, comentando los  posibles errores cometidos, y las conclusiones obtenidas.

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