Lab. Trabajo y Energía

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ CENTRO REGIONAL DE AZUERO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LICENCIATURA EN INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

FÍSICA I TRABAJO Y ENERGÍA LABORATORIO #7 FACILITADOR: RAFAEL CÓRDOBA

GRUPO: B

INTEGRANTES: CORTÉS, JASON 6-715-261 DURLING, HENRY 6-714-1065 ORDÓÑEZ, YAHIR 6-714-2281 SOLÍS, OCTAVIO 6-714-2491 VILLARREAL, EVELYN 6-714-1788

SEGUNDO SEMESTRE

INTRODUCCIÓN

En este laboratorio, trataremos sobre el trabajo y la energía, entendiendo por trabajo como la fuerza requerida para mover un objeto multiplicada por la distancia que recorre dicho objeto. En la primera experiencia, por medio del empleo de un martinete trataremos de comprobar la

relación que existe entre el trabajo y la energía mecánica. Para esto

utilizamos bloques de madera donde veremos el efecto del impacto del martinete, el cual será llevado a una altura h, sobre el desplazamiento del clavo en la madera y con la ayuda de este dato al igual que la masa del martinete y la altura podremos calcular la fuerza resistiva. También veremos el impacto que tiene el desplazamiento del clavo en la madera sobre la fuerza resistiva, sabiendo que esta es igual a la masa multiplicada por la gravedad por la altura del martinete la cual será constante, dividida entre el desplazamiento del clavo, esto quiere decir que dicha fuerza resistiva será inversamente proporcional al desplazamiento del clavo. Para la segunda experiencia, por medio del empleo de un plano inclinado, trataremos de calcular el coeficiente de fricción cinética haciendo uso del teorema de trabajoenergía la cual nos dice que cuando el trabajo es realizado, hay un cambio o una transferencia de energía. Para esta experiencia utilizamos un bloque de madera cuya superficie de contacto era tela. La fricción de dicho objeto la podremos calcular utilizando la fórmula que nos dice que la sumatoria de los trabajos realizados es igual al cambio de la energía cinética, y con la ayuda de un diagrama de cuerpo libre, calcularemos la fuerza normal ejercida por el plano. Sabiendo que el coeficiente de fricción cinética es igual a la fuerza de fricción dividida entre la normal, con estos dos datos obtenidos podremos calcularla. Es importante señalar que la fuerza de fricción depende y está muy relacionada con la trayectoria del objeto, por lo tanto es conocida como un ejemplo de fuerza no conservativa, pues estas dependen de la posición inicial y final del objeto. Otras fuerzas como la ejercida por la gravedad o la de un resorte son consideradas conservativas. La idea de este concepto nos permite extender la conservación de la energía al caso especial de la energía mecánica, que nos ayuda en muchas situaciones físicas. Para la tercera experiencia, utilizando un riel de aire, comprobaremos un concepto muy importante y fundamental en Física: La conservación de la energía. Como aquí estamos despreciando la fricción, quiere decir que estamos en presencia de un sistema conservativo donde la suma de las energías cinética y potencial es igual a la energía mecánica total del sistema. Esto quiere decir que la energía cinética y potencial de un sistema puede cambiar pero su suma siempre será constante, por lo tanto al ver la

fórmula que nos dice que la energía total es igual a la suma de la energía cinética más la potencial podemos deducir que ambas magnitudes están relacionadas en forma de columpio, donde si hay una disminución de la energía cinética, la potencial deberá aumentar, y viceversa.

MARCO TEORICO

Trabajo: Se denomina trabajo infinitesimal, al producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento.

Donde Ft es la componente de la fuerza a lo largo del desplazamiento, ds es el módulo del vector desplazamiento dr, y θ el ángulo que forma el vector fuerza con el vector desplazamiento. El trabajo total a lo largo de la trayectoria entre los puntos A y B es la suma de todos los trabajos infinitesimales.

Cuando la fuerza es constante, el trabajo se obtiene multiplicando la componente de la fuerza a lo largo del desplazamiento por el desplazamiento. W=Ft · s Ejemplo: Calcular el trabajo de una fuerza constante de 12 N, cuyo punto de aplicación se traslada 7 m, si el ángulo entre las direcciones de la fuerza y del desplazamiento son 0º, 60º, 90º, 135º, 180º.

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Si la fuerza y el desplazamiento tienen el mismo sentido, el trabajo es positivo Si la fuerza y el desplazamiento tienen sentidos contrarios, el trabajo es negativo Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es nulo.

Fuerza conservativa y Energía potencial Una fuerza es conservativa cuando el trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre los valores inicial y final de una función que solo depende de las coordenadas. A dicha función se le denomina energía potencial.

El trabajo de una fuerza conservativa no depende del camino seguido para ir del punto A al punto B. El trabajo de una fuerza conservativa a lo largo de un camino cerrado es cero.

El trabajo infinitesimal dW es el producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento dW = F · dr =(Fx i + Fy j) · (dx i + dy j) = Fx dx + Fy dy El peso es una fuerza conservativa Calculemos el trabajo de la fuerza peso F = -mg j cuando el cuerpo se desplaza desde la posición A cuya ordenada es yA hasta la posición B cuya ordenada es yB.

La energía potencial Ep correspondiente a la fuerza conservativa peso tiene la forma funcional

Donde c es una constante aditiva que nos permite establecer el nivel cero de la energía potencial. La fuerza que ejerce un muelle es conservativa Como vemos en la figura cuando un muelle se deforma x, ejerce una fuerza sobre la partícula proporcional a la deformación x y de signo contraria a ésta.

Para x>0, F= -kx Para x