Fisica Reporte

UNIVERSIDAD DE SONORA División de ciencias biológicas y de la salud Licenciatura en Ciencias Nutricionales

Laboratorio de Física General Practica 4 Trabajo y Energía Cinetica . Maestro: Dr. Roberto Pedro Duarte Zamorano Estudiantes: Ponce Acosta Claudia Duarte Flores Sayra Kassandra Robles Robles Darien Wendy de la Rosa Equipo 7

Hermosillo, Sonora a 23 de Septiembre de 2015

INTRODUCCIÓN: La noción de energía es uno de los conceptos mas básicos en física y en efecto en todas las ciencias. La energía puede tomar muchas formas pero la forma particular que nos interesa en este artículo es la energía contenida en un cuerpo debido a su movimiento, la energía cinética. El trabajo (como concepto físico) hecho sobre un cuerpo implica que una fuerza actúe en él durante un desplazamiento. Veremos como la energía cinética de un cuerpo cambia cuando sobre él se realiza un trabajo lo que se conoce como teorema trabajo-energía, y como estos resultados nos pueden permitir entender diversos aspectos del movimiento y resolver problemas que pueden ser dificultosos de resolver utilizando la segunda ley de Newton directamente. Nuestro objetivo en esta práctica es determinar el trabajo sobre un objeto en movimiento rectilíneo, con esto mismo poder determinar las variaciones de energía cinética y poder confirmar el teorema trabajo-energía mencionada anteriormente. TEORÍA El trabajo realizado por una fuerza es el producto entre la fuerza y el desplazamiento realizado en la dirección de ésta. Como fuerza y desplazamiento son vectores y el trabajo un escalar (no tiene dirección ni sentido) definimos el diferencial de trabajo como el producto escalar W = Fd.cosα El trabajo total realizado por una fuerza que puede variar punto a punto al lo largo de la trayectoria que recorre será entonces la integral de linea de la fuerza F a lo largo de la trayectoria que une la posición inicial y final de la partícula sobre la que actúa la fuerza.

Energía cinética

Se define energía cinética como la expresión

Si realizamos un trabajo W sobre una partícula aislada, ésta varía su velocidad a lo largo de la trayectoria de modo que podemos relacionar el trabajo W con la variación de la energía cinética de la partícula mediante la expresión

Cuando F cosα apunta en la dirección del desplazamiento, el trabajo es positivo y cuando apunta en dirección contraria, el trabajo se considera negativo. En el caso de un objeto que se desliza hacia abajo sobre un plano inclinado sin fricción, la fuerza de gravedad, que es la causante del movimiento, realiza un trabajo dado por W = mgsenθ(Xf-X1) donde (Xf-X1)

representa el desplazamiento del objeto a lo largo del plano

inclinado y mgsenθ es la componente de la fuerza de gravedad en la dirección del desplazamiento. La variación de la energía cinética conforme el objeto se desplaza sin fricción es igual al trabajo realizado sobre el objeto, esto es: W = ∆K

MATERIAL Y EQUIPO: 

Riel de aire largo (RA)



2. Cinta de papel registro



3. Cinta adherente



4. Generador de chispa (GC)



5. Cables de conexión



6. Móvil para el riel



7. Una balanza con resolución de un gramo y que pueda medir hasta un



kilogramo



8. Dinamómetro.

PROCEDIMIENTO 

Utilizamos la balanza, anotamos el valor de su masa en la tabla 1.



Con el dinamómetro medimos la componente de la fuerza de gravedad que actuó en la dirección del movimiento, calibrando este mismo y lo anotamos en la tabla 1.



Cortamos la tira de papel de registro y la adherimos en la barra superior, desde el inicio de riel (inclinado a 40 grados) a todo lo largo del mismo.



Conectamos las salidas del generador de chispas terminales del riel de aire teniendo cuidado de no tocar las salidas de este mismo.



Conectamos el motor de riel de aire y el generador de chispas a la toma de corriente disponible en la mesa.



Conectamos las salidas del generador de chispas entre el móvil y la barra fija.



Activamos el generador y dejamos inmediatamente que el móvil se deslizara.



Retiramos el papel, seleccionamos el punto inicial como X 0, considerando que en ese punto la posición del móvil es igual a cero por lo tanto t=0.



Medimos las posiciones desde el punto seleccionado ( x 1 , x2 , x3……xn).



Con

la

herramienta

http://www.fisica.uson.mx/mecanica/

capturamos

nuestros datos correctamente y seleccionamos el applet para cálculo de velocidad. 

De la ventana de resultados del applet obtuvimos los valores de velocidad (V0 , V1 , V2, Vn) para cada punto y lo anotamos en la tabla 2.



Utilizando una hoja electrónica, copiar en la hoja los valores de la posición y la velocidad en todos los puntos del papel registro.



En la hoja electrónica, con el valor de la masa del móvil, medida inicialmente, y los valores de la velocidad, obtenemos la energía cinética del móvil (K = ½ mv 2 ) en todos los puntos y anotamos los resultados en la tabla 2.



En la hoja electrónica, para las diferentes parejas de puntos que aparecen en la tabla 3, calculamos el cambio de energía cinética y el trabajo realizado por la fuerza gravitacional sobre el objeto y anotamos sus resultados en la misma tabla 3.



Graficamos el cambio de energía cinética contra el trabajo realizado por la fuerza de gravedad para determinar la pendiente y la incertidumbre asociada.

TRATAMIENTO DE DATOS Tratamiento de datos para Tabla II  

Primero medimos la masa del riel en kg, La magnitud de la fuerza la sacamos por medio de las leyes de fuerza Efx=mgsenθ=ma Efy=N-mgcosθ=0 Θ=39 m=0.224 kg Mgsenθ=1.2 N Tabla 1 Masa del movil (Kg) Magnitud de la fuerza

0.224 1.2 N

Tratamiento de datos para Tabla II 

Los puntos fueron obtenidos a partir del movimiento del riel que dejo en la cinta. Los cuales fueron medidos con la regla para obtener las posiciones y las distancias a las cuales se encontraba cada punto.



Con

las

mediciones

obtenidas

se

acceso

al

sitio

http://www.fisica.uson.mx/mecanica/ donde posteriormente se capturaron los datos con su poco error de incertidumbre y así podemos obtener la velocidad y la energía cinética utilizando las formulas correspondientes

Tratamiento de datos para Tabla III



Hicimos las parejas de números con los datos que teníamos de



posposiciones de la tabla 1 Al tener ya listas las parejas, restamos las posiciones indicadas y el



resultante lo dividimos entre 100 Para obtener el trabajo de esas parejas multiplicamos 1.2N (un dato que ya habíamos sacado previamente, que provenía de la masa del objeto(.224kg), por la gravedad (9.81m/s) por el seno (39) que daba como resultante los ya mencionados newtons) y todo esto por el



desplazamiento que habíamos sacado anteriormente. Para sacar el cambio de energía cinética restamos la energía cinética final menos la energía cinética inicial obtenido en la gráfica número uno, de todas las parejas.

TABLAS Y GRÁFICAS Gráfica tabla 1 3.5 f(x) = 0.1x + 1.33

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

TAB LA I Tiempo S

Posición M

Velocidad M/S

Incertidumbre

Energía Cinética J

0 1

0 2.3

1.335 1.442

0.002 0.003

0.1996 0.2328

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

4.8 7.5 10.2 13.3 16.5 19.8 23.3 27 31 35 39.2 43.6 48.1 52.8 57.6 62.7 68 73.5

1.546 1.643 1.747 1.86 1.959 2.06 2.166 2.274 2.375 2.473 2.574 2.673 2.773 2.873 2.983 3.1 3.214 3.328

0.004 0.007 0.009 0.004 0.004 0.003 0.003 0.005 0.005 0.003 0.002 0.003 0.003 0.005 0.008 0.007 0.006 0.006

0.2676 0.3023 0.3418 0.3874 0.4298 0.4752 0.5254 0.5791 0.6317 0.6849 0.7437 0.8002 0.8612 0.9244 0.9966 1.0763 1.1569 1.2404

TABLA III Punto inicial y punto final Xi, Xf 0,6 12, 16 4, 13 1,7 10, 18 15, 17 3, 4 8, 11 2, 12 9, 19 13, 15 14, 19 5, 15 11, 14 2, 17 0, 16 3, 18 4, 16

Desplazamiento (m)

Trabajo (J)

Xf - Xi 0.165 0.184 0.334 0.175 0.37 0.099 0.027 0.117 0.344 0.465 0.092 0.254 0.395 0.131 0.579 0.576 0.605 0.474

mgsenθ (Xf - Xi) 0.1980 0.2208 0.4008 0.2100 0.4440 0.1188 0.0324 0.1404 0.4128 0.5580 0.1104 0.3048 0.4740 0.1572 0.6948 0.6912 0.7260 0.5688

Cambio de energía ciné ∆K = K f − Ki 0.2302 0.2529 0.4584 0.2424 0.5252 0.1519 0.0395 0.1595 0.4761 0.6613 0.1242 0.3792 0.537 0.1763 0.8087 0.797 0.8546 0.6548

Trabajo (J) mgsenθ (Xf - Xi) 0.8000 0.7000 0.6000 0.5000 0.4000 0.3000 0.2000 0.1000 0.0000

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

PREGUNTAS 1. A partir de la gráfica 1 determine ¿cuál es el valor de la ordenada en el origen? ___-0.1868___ ¿qué significado tiene este valor? El valor de la aceleración 2. ¿Cuál es la ecuación de la recta que mejor se ajusta a los puntos de la gráfica de velocidad vs. tiempo? y=-0.1868x-1.4149 3. ¿Qué tipo de curva se obtiene en la gráfica de la posición vs. tiempo (gráfica2)? Parabóla 5. ¿Por qué la velocidad y la aceleración resultan con signo negativo? Porque la velocidad va disminuyendo 6. Compare el valor de g obtenido en este experimento, con el valor reportado en los libros de texto, determinando el error porcentual de su medición. =-0.1868/9.81x100= 1.9%

CONCLUSIONES Como se puede observar en nuestra tabla donde calculamos la velocidad podemos ver que se encuentra negativo esto se debe a que la caída e cuerpo libre mientras cae pierde velocidad ya sea por factores como desde la altura hasta la fricción, peso entre otros. El movimiento de caída libre se caracteriza por presentar una velocidad inicial de o m/s y una aceleración que es la aceleración de la gravedad. Este movimiento es perpendicular al suelo. Es posible determinar varias características como la altura y su velocidad en un tiempo determinado como lo hicimos, aunque creemos que las medidas influyen mucho ya que la aceleración de la gravedad debe de ser de 9.81 m/s y nuestros resultados no se comparan. Por otra parte, al medir las distancias entre punto y punto marcados en la cinta, había varios que difícilmente se podían ver y fue necesaria una segunda medición. Como había una alta precisión en el tiempo, cualquier error en la medida de las distancias es muy alto.

BIBLIOGRAFIA http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/energia/energia.htm Física: Principios con Aplicaciones | 6ta Edición | Douglas Giancoli