Practica 10 Fisica 1 Conservacion de La Energia Mecanica

PRACTICA N° 10 CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA

DIMAS ARLEYS ESCORCIA PEREZ - 1180373 BRAYAN FERNANDO ROLON G. - 1180367 CAMILO ANDRES CASTILLEJO - 1180385 RICARDO ANDRES CERVANTES - 1180383

JOSE FRANCISCO NIETO CONTRERAS Prof. Física Mecánica

UIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER  FISICA MECANICA CUCUTA 22-11-2010

2. RESUMEN Una esfera maciza de masa m que parte del reposo desde una altura h, en cualquier lugar de su trayectoria tiene energía, la cual puede ser cinética y/o potencial La energía cinética se debe a que la masa se mueve con una velocidad V. La energía potencial depende de la altura de la masa respecto a una línea horizontal de referencia.

3. INTRODUCCION Y OBJETIVOS

INTRODUCCION En este laboratorio aprenderemos a calcular la energía potencial y cinética de una esfera en un plano inclinado, también veremos cómo se transforma la energía potencial gravitatoria en energía potencial elástica. Por otra parte sabemos que cuando se comprime o se estira un resorte, se tiene que realizar un trabajo. Este trabajo es almacenado en el resorte en forma de energía potencial elástica.

OBJETIVOS 

Comprobar experimentalmente la conservación de la energía mecánica.

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Analizar los cambios de energía potencial en energía cinética.

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Analizar las transformaciones de energía potencial gravitaría en energía elástica.

4. MARCO TEORICO LA ENERGÍA Capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella. La radiación electromagnética posee energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su longitud de onda. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética, mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial. Por ejemplo, un péndulo que oscila tiene una energía potencial máxima en los extremos de su recorrido; en todas las posiciones intermedias tiene energía cinética y potencial en proporciones diversas. La energía se manifiesta en varias formas, entre ellas la energía mecánica, térmica, química, eléctrica, radiante o atómica. Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos adecuados. En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, pero la suma total permanece constante. TRANFORMACION Y CONSERVACION DE LA ENERGIA La energía se puede presentar en formas diferentes, es decir, puede estar asociada a cambios materiales de diferente naturaleza. Así, se habla de energía química (cuando la transformación afecta a la composición de las sustancias), de energía térmica (cuando la transformación está asociada a fenómenos caloríficos), de energía nuclear (cuando los cambios afectan a la composición de los núcleos atómicos), de energía luminosa (cuando se trata de procesos en los que interviene la luz), etc. Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan asociados, precisamente, transformaciones de una forma de energía en otra. Pero en todas ellas la energía se conserva, es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformación. Esta segunda característica de la energía constituye un principio físico muy general fundado en los resultados de la observación y la experimentación científica, que se conoce como principio de conservación de la energía. Otro modo de interpretarlo es el siguiente: si un sistema físico está aislado de modo que no cede energía ni la toma del exterior, la suma de todas las cantidades correspondientes a sus distintas formas de energía permanece constante. Dentro del sistema pueden darse procesos de transformación, pero siempre la energía ganada por una parte del sistema será cedida por otra.

LA ENERGÍA MECÁNICA De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que interesan a la mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinámica de Newton, el estado mecánico de un cuerpo, de modo que éste puede cambiar porque cambie su posición o porque cambie su velocidad. La forma de energía asociada a los cambios en el estado mecánico de un cuerpo o de una partícula material recibe el nombre de energía mecánica. ENERGIA POTENCIAL De acuerdo con su definición, la energía mecánica puede presentarse bajo dos formas diferentes según esté asociada a los cambios de posición o a los cambios de velocidad. La forma de energía asociada a los cambios de posición recibe el nombre de energía potencial. La energía potencial es, por tanto, la energía que posee un cuerpo o sistema en virtud de su posición o de su configuración (conjunto de posiciones). Así, el estado mecánico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo que el que tenía a nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un muelle que es tensado, las distancias relativas entre sus espiras aumentan. Su configuración ha cambiado por efecto del estiramiento. En uno y otro caso el cuerpo adquiere en el estado final una nueva condición que antes no poseía: si se les deja en libertad, la piedra es capaz de romper un vidrio al chocar contra el suelo y el muelle puede poner en movimiento una bola inicialmente en reposo. En su nuevo estado ambos cuerpos disponen de una capacidad para procudir cambios en otros. Han adquirido en el proceso correspondiente una cierta cantidad de energía que puede ser liberada tan pronto como se den las condiciones adecuadas. ENERGIA CINETICA La forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de energía cinética. Un cuerpo en movimiento es capaz de producir movimiento, esto es, de cambiar la velocidad de otros. La energía cinética es, por tanto, la energía mecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o velocidad.

5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 5.1. Plano Inclinado

Consigne sus datos en la Tabla 1

5.1.1.

Determine la masa de la esfera con ayuda de la balanza m1 = 44.89 gr

5.1.2.

Coloque el riel como se muestra en la figura

5.1.3.

Mida la distancia AB y la altura h XAB = 150 cm h = 11 cm

5.1.4.

Marque el punto C en la mitad del trayecto entre A y B XAc = 75 cm

5.1.5.

Suelte una esfera desde A y registre el tiempo cuando esta pase por el punto C (tAC ) y el tiempo cuando esta llegue al extremo B (tAB). Repita las mediciones dos veces, halle el tiempo promedio y consigne este valor en la Tabla 1

m = 44.89gr h = 11cm tAC = 1.66seg tAB = 2.50seg

5.1.6. Cambie la altura h y con la misma esfera repita los numerales 5.1.3. y 5.1.4. y 5.1.5 m = 44.89gr h = 4.5 cm tAC = 3.47seg tAB = 5.37seg 5.2. Transformación de energía potencial gravitacional en energía potencial elástica.

Consigne los datos en la Tabla 2

5.2.1.

Realice el montaje como se indica en la figura (a).

5.2.2.

Mida la longitud inicial X1 del resorte no alargado y la altura h1 del extremo inferior del resorte al piso

5.2.3.

Coloque en el extremo del resorte una masa de 0.5 kg y déjela bajar lentamente hasta que el cuerpo alcance el reposo (posición b)

5.2.4.

Mida ahora la longitud del resorte alargado X2 y la altura h2 Del extremo inferior del resorte al piso.

5.2.5.

Con la masa de 1Kg y la de 1.5Kg repita los numerales 5.2.3 y 5.2.4

6.

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

6.1. Plano Inclinado Complete la Tabla 1, utilizando los datos obtenidos y calcule en cada caso: 6.1.1. El ángulo de inclinación Ø 6.1.2. La aceleración lineal de la esfera ( a = g Sen Ø ) y la velocidad de la esfera en los puntos C y B usando la relación V B = VA + at 6.1.3. Calcule la Energía cinética en B 6.1.4. Calcule la Energía potencial en A 6.1.5. Calcule la Energía Total en el punto C ( CINÉTICA + POTENCIAL ) 6.1.6. Los resultados obtenidos en 6.1.3 y en 6.1.4 y en 6.1.5 son iguales ¿porque? Rta/. No, los resultados muestran que la Energía Cinetica en B es mayor que la Energía Potencial en A y que la Energía Cinética en C Si podemos decir que la Energía Potencial en A y la Energía Potencial en C son iguales. 6.1.7. Si la esfera no rueda sino que resbala, se conserva la energía ¿Por qué? Rta/. Sí, porque aunque la esfera se resbale la masa y la velocidad hace que actúe energía en ella. 6.2. Transformación de energía potencial gravitatoria en energía potencial elástica Para completar la Tabla 2

6.2.1. Calcule la fuerza recuperadora para cada masa ( F r ) 6.2.2. Calcule la constante de elasticidad para cada fuerza recuperadora ( K ) 6.2.3. Con los datos de la Tabla 2, elabore la Tabla 3 6.2.4.¿Cómo es la energía de la masa en la posición 1 respecto de la suma de las energías en la posición 2? ¿Se conserva la energía? ¿Porqué? Rta/. La Energía en la posición 1 y en la posición 2 se debe conservar porque la fuerza que realiza el trabajo es el peso del cuerpo quien es considerado fuerza conservativa.

6.3. ¿Qué puede concluir de estas experiencias? Rta/. Que cuando el trabajo es realizado por fuerzas conservativas la energía mecánica del sistema se conserva.

DATOS OBTENIDOS Tabla 1. Transformación de Energía Cinética en Energía Potencial M esf

AB (m)

44.89 1.5 44.89 1.5

h

tAC

tAB

Ø

a

Vc

VB

EpA

0.11 1.66 2,50 4.2 0.72 1.19 1.8 48.40 0.045 3,47 5.37 1.7 0.29 1.01 1.56 19.80

EcB

ECc + EPc

72.72 54.62

80.17 42.7

Tabla 2. Datos para calcular las energías potenciales gravitatoria y elástica Masas (kg)

M1 = 0.5 M2 = 1 M3 = 1.5

Longitudes X (m) X1 X2

0.18 0.18 0.18

0.25 0.39 0.51

Def. resort (m) X = X2 X1

h1

0.07 0.21 0.33

1.24 1.24 1.24

–

Altura h (m) h2

Fuerza Recuperadora Fr = mg

Cte Resort K (N/m) K = mg/X

1.17 1.03 0.91

Fr1 = 4.9 Fr2 = 9.8 Fr3 = 14.7

K1 = 70 K2 = 46.6 K3 = 44.5 Kp = 53.7

Tabla 3. Energía total inicial y final Energía Total

Energía Gravitatoria

Energía Elástica

Pos 1

Pos 2

Pos 2

Ug = mgh1 Ug1 = 6.08 Ug2 = 12.15 Ug3 = 18.23

Energía Total 2

Ug = mgh2 Ue = ½ KX Ug1 = 5.73 Ue1 = 0.17 Ug2 = 10.09 Ue2 = 1.03 Ug3 = 13.38 Ue3 = 2.42

Pos 2

UT= Ug+ Ue U1 = 5.09 U2 = 11.12 U3 = 15.8

7.

ANALISIS Y CONCLUSIONES

7.1. La energía cinética o potencial de un objeto puede ser negativa. Explique Rta/. si, porque la variación de la velocidad genera no un incremento sino que puede generar una desaceleración es decir una disminución de velocidades, Vf  = 0 7.2. Si la velocidad de un cuerpo se duplica ¿qué ocurre con su energía cinética? Rta/. También se duplica ya que la energía es directamente proporcional a la velocidad. 7.3. Plantee un ejemplo de un situación de la cual la energía cinética se transforma en calor Rta/. Las máquinas cuando realizan trabajo transforman parte de su energía en Energía calórica debido al rozamiento entre las partes, por eso después de realizado el trabajo, la máquina se encuentra caliente 7.4. ¿Cuál es la fuente de energía cuando un atleta practica salto con garrocha? Describa las transformaciones de energía en el movimiento del atleta Rta/. La fuente de Energía del atleta es el cuerpo. Cuando se impulsa transforma parte de su energía en energía cinética; en el momento del salto esta energía se transforma en potencial hasta que alcanza el punto más alto de su salto; y cuando desciende la energía potencial acumulada en el punto más alto de su salto se transforma en energía cinética hasta que llega al punto más bajo.

8. 

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CONCLUSION

Gracias a este trabajo averiguamos por medio de experimentos que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma Por medio de la práctica en laboratorio observamos la conservación de la energía en los diferentes experimentos que realizamos ya que la energía pasa de potencial a cinética Averiguamos que la energía potencial en punto A no es igual a la energía cinética en el punto B y la enerva cinética y potencial en el punto C ya que la energía se va pasando pero en el trayecto del riel se va ganado mas energía mientras que la esfera desciende mas rápido La energía del resorte es la fuerza recuperadora que tiene el contra la gravedad ya que el siempre trata de recogerse y la gravedad y el peso que tenga a defórmalo

9.

BIBLIOGRAFIA

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Guía Física 1 (Mecánica)

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Raymond A. Serway, FISICA 1, cuarta edición.

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FISICA ELEMENTOS FUNDAMENTALES, Guerra Mario, Tomo II, Editorial reverté S.A., Barcelona 1994