Informe de Fisica Laboratorio8

LABORATORIO # 8 Tema: CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA MÉCANICA Integrantes: Cherres Jonathan  – Socasi Paúl. 22/02/2017

Resumen En el siguiente informe se da a conocer la conservación de la energía mecánica la cual se basa en la ley que dice que nada crea ni se destruye solo se transforma y en lo que en el laboratorio laboratori o se pudo evidenciar ya que se comenzó viendo energía potencial gravitatoria gravitato ria que se transformó a energía cinética y energía cinética de rotación gracias a la rueda de Maxwell que nos ayudó a demostrar la conservación de la energía mediante una cuerda y con la rueda previamente nivelada para que sea mucho más exacto y podamos ver los resultados de la práctica.

Abstract In the following report the conservation of mechanical energy is announced which is based on the law that says that nothing creates or destroys only is transformed and in what in the laboratory could be evidenced since you started seeing potential gravitational energy Which was transformed into kinetic energy and kinetic energy of rotation thanks to the wheel of Maxwell that helped us to demonstrate the conservation of energy by means of a rope and with the wheel previously leveled so that it is much more accurate and we can see the results of the practice.

MARCO TEÓRICO Energía Mecánica La energía mecánica de un cuerpo es la capacidad que tiene de realizar un trabajo mecánico, es decir, de producir un movimiento. En este apartado vamos a estudiar:

El principio de conservación de la energía El principio de conservación de la energía cuando hay fuerzas no conservativas, como la de rozamiento. La rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas se denomina mecánica. En un cuerpo existen fundamentalmente dos tipos de energía que pueden influir en su estado de reposo o movimiento: la energía cinética y la potencial.

Es probable que en numerosas ocasiones hayas oído decir que "la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma". En realidad, tal afirmación es uno de los principios más importantes de la Física y se denomina Principio de Conservación de la Energía. Vamos a particularizarlo para el caso de la energía mecánica. Para entender mejor este concepto vamos a ilustrarlo con un ejemplo. Imagina una pelota colgada del techo que cae sobre un muelle. Según el principio de conservación de la energía mecánica, la energía mecánica de la bola es siempre la misma y por tanto durante todo el proceso dicha energía permanecerá constante, tan solo cambiarán las aportaciones de los distintos tipos de energía que conforman la energía mecánica.

Llamamos energía mecánica de un cuerpo a la suma de la energía cinética (Ec) y potencial (Ep) que posee:  =  + 

Energía cinética

Es importante señalar que la energía potencial, de modo general, cuenta con distintas contribuciones. En este tema nos centraremos en la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica.

Definimos la energía cinética como aquella que posee un cuerpo por el hecho de moverse. Su valor viene dado por:  =

1 2

 

 =  + 

Dónde: Principio de Conservación Energía Mecánica

de

la

La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre él son conservativas.





Ec: Es la energía cinética del cuerpo en movimiento. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J) cuerpo en m: masa del movimiento. Su unidad de medida en el Sistema



Internacional es el Kilogramo (Kg) v: valor de la velocidad del cuerpo en movimiento. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro por segundo (m/s)

Energía potencial gravitatoria Definimos la energía potencial gravitatoria como la energía que posee un cuerpo por el hecho de encontrarse bajo la acción de la gravedad. Su valor, para el caso de alturas pequeñas sobre la superficie terrestre, viene dado por:  = ℎ

Donde: 







Ep:  Es la energía potencial del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J) m:  Masa del cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Kilogramo (kg) g:  Valor de la aceleración que provoca la gravedad. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro por segundo al cuadrado (m/s 2) h:  Altura a la que se encuentra el cuerpo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro (m)

La energía cinética rotacional

La energía rotacional es la energía cinética de un cuerpo rígido,  que gira en torno a un eje fijo. Esta energía depende del momento de inercia y de la velocidad angular del cuerpo. Mientras más alejada esté la masa del cuerpo respecto al eje de rotación, se necesitará más energía para que el cuerpo adquiera una velocidad angular. Esto puede ser ilustrado por el siguiente experimento: dos esferas de idéntica masa y radio se colocan sobre un plano inclinado. Una de las esferas está hecha de un material ligero, como el plástico. Esta esfera es maciza y sólida. La otra esfera, en cambio, es hueca y está hecha de un material más denso que el plástico. La esfera hueca rodará más lentamente, ya que toda su masa se acumula en una delgada capa, que está a una cierta distancia del eje de rotación. La esfera maciza se moverá más rápidamente, ya que porcentualmente sus partículas se encuentran más cerca del eje de rotación y por lo tanto se moverán más lentamente, puesto que éstas describen una trayectoria más corta que las partículas de la superficie de la esfera. La energía rotacional es, entre otras cosas, de gran importancia para: turbinas, motores, generadores, n eumáticos y ruedas, ejes, hélices.

Momento de inercia

El momento de inercia (símbolo I) es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. Cuando un cuerpo gira en torno a uno de los  ejes principales de inercia, la inercia rotacional puede ser representada como una magnitud escalar llamada momento de inercia. Sin embargo, en el caso más general posible la inercia rotacional debe representarse por medio de un conjunto de momentos de inercia y componentes que forman el llamado tensor de inercia. La descripción tensorial es necesaria para el análisis de sistemas complejos, por ejemplo en movimientos giroscópicos. El momento de inercia refleja la distribución de masa de un cuerpo o de un sistema de partículas en rotación, respecto a un eje de giro. El momento de inercia solo depende de la geometría del cuerpo y de la posición del eje de giro; pero no depende de las fuerzas que intervienen en el movimiento. El momento de inercia desempeña un papel análogo al de la masa inercial en el caso del movimiento rectilíneo y uniforme. Es el valor escalar del momento angular longitudinal de un sólido rígido.

que cae. Cuando la rueda alcanza su posición más baja, acumula una energía de rotación tan considerable que, una vez extendido todo el hilo, sigue girando y enrollándolo de nuevo y ascendiendo de esa manera. Durante el ascenso, la rueda aminora el giro como resultado de la transformación de la energía cinética en potencial, se detiene y acto seguido vuelve a caer girando. Este proceso continúa hasta que la energía total se pierde debido a la fricción.

1. MATERIALES Y EQUIPOS Materiales     

Herramientas 



Analizar y obtener experimentalmente el momento de inercia de una rueda de Maxwell con relación al eje horizontal. Identificar los tipos de energías en la disposición de la rueda de Maxwell y comprobar el principio de conservación de la energía.

3. PROCEDIMIENTO 

La rueda de Maxwell se utiliza para demostrar la conservación de la energía mecánica. Después de soltar la rueda con la cuerda enrollada al eje, su energía potencial se transforma en energía cinética (de rotación) a medida

  Cronometro.

2. OBJETIVOS



Rueda de Maxwell

  Regla. Rueda de Maxwell.   Topes.   Cables. Material de montaje.



  Con ayuda de la balanza, determine la masa de la rueda y con el calibrador obtenga el radio del eje de la misma. Monte el equipo de tal manera que soporte a la rueda de Maxwell, en tal condición que su

eje esté perfectamente horizontal. Determine en la regla vertical la posición del eje en la rueda. Enrolle, el hijo alrededor de su eje, cuidando que la distribución del hilo a un lado y al otro sea la misma. La rueda habrá subido una altura S que es preciso determinarla, señalando sobre la regla vertical la nueva posición del eje de la rueda. Enrolle 5 alturas proporcionales.



Suelte con cuidado la rueda y mida con la barrera fotoeléctrica en la disposición indicada el tiempo que demora en descender esta altura S, hasta cuando llegue al punto de inversión. Este descenso debe ser totalmente perpendicular, sin oscilaciones laterales Repetir esta operación 10 veces para cada altura Registrar los datos en la hoja técnica.







4. ACTIVIDAD- TABULACIÓN DE DATOS:

Masa de la rueda= 0,5032 Kg 

Inercia=  4,21*10-3 Radio del eje r= 2,5*10-3 m Kgm2

s (m)

t (s)

t2 (s2)

tc (s)

t2c (s2)

v (ms-1)

 (s-1)

Ep (J)

Et (J)

Er (J)

e (%)

0,12

3,02

9,12

3,126

9,772

0,040

16

0,59

4,02*10 -4

0,56

4,08%

0,24

4,17

17,39

4,254

18.097

0,058

23,2

1,18

8,46*10-4

1,13

5,24%

0,36

4,79

22,94

4,846

23,484

0,075

30

1,77

1,41*10-3

1,81

3,88%

0,48

5,65

31,92

5,778

33,385

0,085

34

2,35

1,82*10-3

2,20

2,26%

0,60

6,37

40,58

6,442

41,499

0,094

37,6

2,94

2,22*10-3

2,97

1,02%

5. ACTIVIDAD- PREGUNTAS A.-Realizar la gráfica S- t2. Ajuste por mínimos cuadrados y con la ecuación hallada corrija los valores obtenidos experimentalmente. s (m)

Grafica S- t^2 10 y = 59.566x + 0.6066 R² = 0.9821

5 0

t2 (s2)

0

0,12

9,12

0,24

17,39

0,36

22,94

0,48 0,6

31,92 40,58

t (s) 3,02 4,17 4,79 5,65 6,37

0.05

tc (s) 3,05 4,19 4,82 5,68 6,4

0.1

B.- Obtenga el momento de inercia de la rueda de Maxwell, respecta un eje perpendicular que pasa por su centro de gravedad. 1    ∗    2  −  (2,5 ∗ 10 ) ∗ 0,5032 ∗ 9,81 =

=

0,503(2,5 ∗ 10 )  = 0,00421  

C.- Dibuje el grafico v-t en base a la relación v=ds/dt t (s)

0,04

3,02

0,058

4,17

0,075

4,79

0,085

5,65

0,094

6,37

G.- Cree usted que la fricción participa muy activamente en esta práctica, impidiendo demostrar nuestros objetivos. Proponga un procedimiento que permita medirla.

y = 59.566x + 0.6066 R² = 0.9821

5 0 0

0.05

F.- Cuando en un sistema físico se evidencia la conservación de la energía mecánica, también se conservara el momento. Explique, utilizando diversos ejemplos para ello. Si se conserva ya que el momento depende ya que como la aceleración es constante el momento se conservara igual en todo el sistema un ejemplo seria Las esferas de newton que es un experimento atractivo en donde un sistema conformado por esferas de metal rígido transfiere el movimiento de una de ellas hacia las otras a través del impacto que se da entre estas.

Velocidad vs tiempo 10

Demostraría por el cuadro de tabulación que se ha conservado ya que la energía mecánica es la variación de energía cinética y la variación de energía potencial y como se pudo ver tiene casi los mismos valores

0,0141 − 

v (ms-1)

E.-Cómo demostraría que se ha conservado la energía mecánica en esta experiencia.

0.1

Análisis: D.- Por cuantos estados energéticos ha pasado la rueda mientras estaba en movimiento. Pasa por tres estados energéticos al principio tiene energía potencial gravitatoria, después se convierte en energía cinética y por ultimo tiene energía rotacional.

Si participa, se da en la cuerda que traslada la rueda hacia abajo, se puede medirla a través del coeficiente de fricción de la cuerda y el trabajo que ejerce esta fuerza perdida.

5. RESULTADO DE APRENDIZAJES. En la gráfica posición vs tiempo cuadrado se pudo verificar que la que se dio una línea recta que no siendo al cuadrado sería una parábola este es un método para linealizar mas rápido. Se pudo determinar el momento de inercia que es sumamente pequeño ya

que el radio, la masa y la velocidad son pequeños y son directamente proporcionales. Se pudo comprobar la conservación de energía mecánica y comprobar la ley de que nada se crea ni se destruye solo se transforma mediante los cálculos que son casi igual con un porcentaje de falla que es por lo que no se pudo coger los datos experimentales bien.

6. CONCLUSIONES 

Se concluye que la conservación de la energía mecánica se comprobó en este laboratorio.  Se pudo calcular el momento de inercia y con eso poder ver el porcentaje de error que cometimos en la práctica.  Se comprobó que el momento de inercia depende del radio de giro y de la masa del objeto.   Se concluye que mientras más datos se tome en la práctica más exactos serán los resultados de los cálculos obtenidos. Que la energía mecánica es la  suma de las energías cinética y potencial.

7. RECOMENDACIONES.  







Se debe tomar medidas exactas antes de soltar la rueda de Maxwell para poder tener resultados mejores. Al momento de coger los tiempos se debe hacer mínimo 5 veces para poder tener resultados más exactos y tener un menor porcentaje de error. El rozamiento que existe entre la cuerda y la rueda se debe obviar por ser mínimo y no afectara en mucho los resultados. Se debe tener una precisión para poder obtener los tiempos más cercanos posible para poder realizar un mejor laboratorio.

8. BIBLIOGRAFIA 











https://www.fisicalab.com/apartado/ energia-mecanica#contenidos https://es.wikipedia.org/wiki/Energ% C3%ADa_cin%C3%A9tica_rotacion al https://www.fisicalab.com/apartado/ energia-cinetica#contenidos https://www.fisicalab.com/apartado/ energia-potencial-grav#contenidos https://es.wikipedia.org/wiki/Moment o_de_inercia http://contenidosdigitales.ulp.edu.ar/ exe/fisica/energa_potencial_gravitat oria.html

9. ANEXOS

Foto 1. Trabajo practico.

Foto 2. Trabajo practico.

Foto 3. Tiempos obtenidos.

Foto 6. Trabajo practico.

Foto 4. Trabajo practico.

Foto 7. Trabajo practico.

Foto 5. Trabajo practico.

Foto 8. Trabajo practico.

Foto 9. Masa de la rueda de Maxwell.

Foto 10. Calibrador.