Practica de Laboratorio No. 4

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

FÍSICA GENERAL CÓDIGO: 100413

COMPONENTE PRÁCTICO PRÁCTICA No. 04: ENERGIA CINETICA Y POTENCIAL.

PRESENTADO A: JORGE ARISTIZABAL BOTERO TUTOR

PRESENTADO POR: IVAN ESCOBAR VELEZ CÓDIGO: 98.531.802 WILSON ANDRÉS MARTÍNEZ CÓDIGO: 1.036.926.280 YESID OSWALDO SALAS CÓDIGO: 1.136.881.330 NANCY BECERRA BECERRA CÒDIGO: 1.052.382.167

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA NOVIEMBRE DE 2016 MEDELLÍN

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 4 MARCO TEORICO ............................................................................................................... 5 PRÁCTICA ENERGIA CINETICA Y POTENCIAL: . ........................................................ 7 CONCLUSIONES ................................................................................................................ 13 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................. 14

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

INTRODUCCIÓN

Este laboratorio desarrollara con el fin de aprender a determinar y comprender por medio de un carro experimental el estudio de las energías atreves de la perdida de altura, comprendiendo la energía cinética y potencial, determinando la relación entre velocidad y la energía en movimiento, pudiendo así comparar datos teóricos con los reales tomados atravez del experimento y ser graficados y hallar errores entre lo real y lo teórico .

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

OBJETIVOS

  

Determinar la velocidad que alcanza el peso y el carro con la energía disponible. Determinar la relación entre la velocidad y la energía de movimiento; esta energía de movimiento también es llamada, energía cinética. Analizar mediante el desarrollo de gráficos el comportamiento de la energía cinética y potencial atravez de los datos que se tomaran.

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

MARCO TEORICO

La energía mecánica es la suma de la energía Potencial y la Cinética. La energía potencial está vinculada a la posición de los cuerpos. Depende de la altura, como se demuestra en la siguiente fórmula: Ep = m.g.h La energía potencial es igual a la masa del cuerpo multiplicada por la gravedad y por la altura a la que se encuentra desde un centro de referencia. Por ejemplo, desde el suelo. La energía cinética de un cuerpo está determinada por la velocidad que tenga este y su masa. La fórmula es: Ec = ½.m.v2 La energía cinética es igual a un medio del producto entre la masa y el cuadrado de la velocidad. Por otra parte como se ha mencionado, la energía mecánica es la suma entre la energía potencial y cinética. EM = Ep + Ec Este valor siempre es constante en sistemas conservativos, es decir donde hay ausencia de fuerzas externas como podrían ser las fuerzas de rozamiento. Por lo tanto, si la energía potencial disminuye, la energía cinética aumentara. De la misma manera si la cinética disminuye, la energía potencial aumentara. La unidad más usada de energía es el joule (J). Cuando estamos en presencia de fuerzas no conservativas como la fuerza de roce o rozamiento, esta realiza un trabajo en contra del desplazamiento de un cuerpo. Este trabajo es igual a dicha fuerza multiplicada por la distancia. W fr = Fr . d

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

A su vez la Fr es igual a: Fr = μ . N μ = coeficiente de roce (son números que oscilan entre 0 y 1 y carecen de unidad) N = Fuerza Normal El trabajo que realiza este tipo de fuerzas hace que disminuya la energía mecánica del sistema. Es decir, va en detrimento de la energía mecánica inicial. Dicho de otra manera. La variación de la energía mecánica de un sistema es igual al trabajo de la fuerza de roce. EMa – EMb = WFr

En términos generales la energía puede definirse como la capacidad que tiene una partícula o sistema físico de realizar trabajo en virtud de una cantidad física, que puede ser su movimiento, su posición, sus cambios de temperatura, por nombrar algunos tipos. Para el caso de un sistema que se encuentra a una altura “y” descendiendo en caída libre, es decir, con una velocidad diferente de cero, se dice que la partícula posee energía cinética y potencial gravitatoria, respectivamente. Se puede deducir entonces, que la energía asociada a la velocidad de un objeto se conoce como cinética y que la energía asociada a la posición del objeto, se conoce como potencial gravitatoria. Las unidades que están involucradas pueden variar entre un tipo de energía y otra, sin embargo, todas las posibles combinaciones, conducen a la unidad representativa para la energía en el sistema internacional, con el nombre de Joule (J), en honor al físico inglés James Joule; esta unidad de medida se define como el producto entre las unidades de fuerza y distancia, es decir, 1J=1N*m. Las expresiones matemáticas de la energía cinética (K) y potencial gravitatoria (Ug) son respectivamente:

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

PRÁCTICA 4: ENERGIA CINETICA Y POTENCIAL.

Descripción de la práctica: Utilización del contador timer 2-1, junto con el dispositivo de riel con carro, del set de mecánica de la empresa PHYWE, para experimentar y determinar los valores de la energía cinética y potencial del sistema carro-masa colgante. Este experimento permite determinar el valor que alcanza la velocidad del carro y la masa colgante con la energía disponible. De esta manera, la relación entre la velocidad y la energía de movimiento puede ser establecida. Esta energía de movimiento también es llamada Energía cinética Ek. Figura 10. Montaje del experimento “Energía cinética y potencial” Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos):

(1) carro experimental de medición, (2) placa de sombra para el carro de medición, (3) ping ajustador, (4) hilo de seda, (5) porta mesas de 1g, (6) 4 masas ranuradas de 1g, (7) 3 masas ranuradas de 10 g, (8) 4 masas ranuradas de 50 g, (9) polea móvil de 40 mm de diámetro con gancho, (10) barra para polea, (11) contador timer 2-1, incluido con fuente de poder, (12) compuerta fotoeléctrica compacta, (13) plataforma plana para la compuerta fotoeléctrica compacta, (14) (15) y (16) cables de conexión de 32 A y 100mm de longitud, rojo amarillo y azul respectivamente, (17) y (18) segmentos de pista metálica 1 y 2 de 500 mm cada una.

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General Forma de trabajo: Manipulación de los instrumentos y dispositivos de laboratorios, toma de datos y elaboración del informe en grupos de máximo tres estudiantes. Procedimiento: 1. Una los segmentos 1 y 2 que forman el riel metálico de tal manera que forme uno solo de 100 mm de longitud. 2. Inserte el pin sobre el carro. 3. Sobre el pin introduzca la placa de sombra y dos masas ranuradas de 50 g. 4. Ajuste la inclinación de la pista de tal manera que el carro continúe rodando con una velocidad lo más continua posible, una vez ha sido empujado hacia el extremo con la polea. Para ajustar la inclinación, coloque el tornillo en el extremo opuesto a la polea y las masas ranuradas y gire el tornillo de ajuste (Una masa de 50 g junto con otra de 10g, deben ser las masas utilizadas). 5. Ajuste la barra metálica a la compuerta fotoeléctrica con el tornillo y conecte la compuerta al contador timer 2-1. 6. Mueva el interruptor rotativo a la segunda posición de izquierda a derecha. Ahora el dispositivo mostrará el haz de tiempo en el display. Ese tiempo es el tiempo durante el Cual el haz de luz en la compuerta es interrumpido por la placa metálica. 7. Ponga un extremo del hilo a través del agujero en el perno de retención en la parte inferior del carro, extraiga el hilo y lo ata en la parte superior del perno de retención; en la parte opuesta del hilo, ate un porta masa de 1 g y elija la longitud del hilo tal que cuando el peso alcance el piso, el carro alcance la cuarta parte final de la pista, aproximadamente. 8. Ubique una masa de 10 g en la porta masas de 1g, de tal manera que el peso colgante sea de 11g. 9. Fije la polea a la varilla y únala a la pista. Debe verificarse que el hilo se encuentre sobre los ejes del carro, paralelo a la superficie de la pista y sobre la polea. 10. Tome nota de la posición del carro, cuando la masa toca el suelo y ubique la compuerta de tal manera que su haz de luz sea interrumpido por la placa en el mismo instante en que la masa toca el suelo. 11. Empuje cuesta arriba el carro, una distancia s=10 cm desde la marca del numeral 11. Al hacer esto, la masa es levantada del suelo, la misma distancia s. Alcanzando una energía potencial, Epot=mg•g•h. En ese punto, la distancia “s” es igual a la altura “h” del peso (mg) sobre el piso en un campo gravitacional con la una aceleración gravitatoria g=9.81m/s2=9.81N/kg. 12. Antes de cada medida, presione el botón “Reset” en el contador timer 2-1. Suelta el carro y sujételo después de que haya pasado por la compuerta. Registre en la tabla No 1, el tiempo de interrupción “t” mostrado en el display. Este es el tiempo que necesita el carro para cubrir una distancia Δs=0.05 m, es decir, la anchura de la placa. 13. Realice varias mediciones, en las cuales, la distancia s, que el carro es empujado hacia arriba se incrementa en 0.10 m.

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General Informe o productos a entregar:

1. Calcule la velocidad instantánea Vh, después de que el peso ha caído a lo largo de una altura “h”, es decir, el cociente entre el plato Δs=0.05 m y el tiempo Δt: Vh=Δs/Δt. Complete la tabla 6.

h en m Δt en s 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

0,183 0,125 0,102 0,086 0,079 0,071 0,066 0,060

Vh=Δs/Δt en m/s 0,273 0,400 0,490 0,581 0,633 0,704 0,758 0,833

Epot=m•g•h Vh2 en Mexp en Nm m2/s2 en kg

2. Calcule la energía potencial Epot=m•g•h , y complete la tabla 6.

h en m Δt en s 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

0,183 0,125 0,102 0,086 0,079 0,071 0,066 0,060

Vh=Δs/Δt en m/s 0,273 0,400 0,490 0,581 0,633 0,704 0,758 0,833

Epot=m•g•h Vh2 en Mexp en Nm m2/s2 en kg 0,011 0,022 0,032 0,043 0,054 0,065 0,075 0,086

3. Calcule el cuadrado de la velocidad instantánea Vh, y complete la tabla 6.

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General h en m 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Δt en s 0,183 0,125 0,102 0,086 0,079 0,071 0,066 0,060

Vh=Δs/Δt en m/s 0,273 0,400 0,490 0,581 0,633 0,704 0,758 0,833

Epot=m•g•h Vh2 en Mexp en Nm m2/s2 en kg 0,011 0,010 0,022 0,040 0,032 0,090 0,043 0,160 0,054 0,250 0,065 0,360 0,075 0,490 0,086 0,640

4. Graficar Epot Vs Vh2. ¿Qué tipo de relación se obtiene?

Epot Vs Vh2 0,100 0,090 0,080 0,070 0,060

Epot

0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

Vh2 en m2/s2

La relación que podemos encontrar en esta grafica es creciente, ya que a medida que Epot aumenta, vh2 aumenta.

5. Determine el valor total de la masa aceleradora, m=mW+mg, y regístrelo: m= 172 g (masa del carro +Masa colgante)

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General 

El carro pesa 61g vacío



se agregó sobre el carro 2 masas cada una de 50 g= 100g



La masa colgante 1g



se agregó una masa sobre la masa colgante de 10g= 11 gramos masa colgante total

Total masa aceleradora = 172 gramos

6. Determine la pendiente “k” de la gráfica del numeral 4. ¿Qué tipo de unidades tiene la constante “k”? Compare el resultado con la masa aceleradora total del numeral 5. ¿Qué relación encuentra o que nota en los resultados? R/=Las unidades que tiene la constante K es N/m, y la relación que se encuentra es que entre más peso posee la masa colgante y el carro mayor distancia desde el punto donde la masa toca el suelo o es 0 mayor es su velocidad.

7 Suponga que Ek=1/2•m•Vh2 se aplica a la energíaa cinética y que esta es igual a la energía potencial Epot=m•g•h. Luego, a partir del experimento, un valor mexp puede ser calculado para las masas de la cuarta y quinta columna de la tabla No 6; a partir del supuesto “1/2•mexp•Vh2=Epot”. Compare los valores obtenidos, con los valores de la masa del numeral 5. Se despeja la formula 𝑀 𝑒𝑥𝑝 = 𝑀 𝑒𝑥𝑝 =

𝑀 𝑒𝑥𝑝 =

𝐸𝑝𝑜𝑡 ∗ 2 𝑉ℎ𝑥 2

0,011𝑁𝑚 ∗ 2 0,010𝑚2 /𝑠²

0,011𝑘𝑔 𝑚/𝑠² ∗ 2 0,010𝑚2 /𝑠²

𝑀 𝑒𝑥𝑝 = 2,2 𝑘𝑔

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

h en m 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80

Δt en s 0,183 0,125 0,102 0,086 0,079 0,071 0,066 0,060

Vh=Δs/Δt en m/s 0,273 0,400 0,490 0,581 0,633 0,704 0,758 0,833

Epot=m•g•h Vh2 en en Nm m2/s2 0,011 0,010 0,022 0,040 0,032 0,090 0,043 0,160 0,054 0,250 0,065 0,360 0,075 0,490 0,086 0,640

Mexp en kg 2,2 1,1 0,71 0,53 0,43 0,36 0,306 0,268

8 La pista fue inclinada con el fin de compensar la fricción del coche. La energía potencial del carro, por lo tanto, ha sido aprovechada para superar la fuerza de rozamiento. Considere que sucede si la fuerza de fricción es dependiente de su velocidad. ¿Hay otras fuentes de error en la toma de datos? R/= el resultado de la toma de datos se ve afectado directamente y arrojara una menor velocidad en cada punto ya que el carro debe de vencer la fuerza fricción, lo cual se ve representado en una pérdida o más bien un aumento de tiempo mientras es vencida la fuerza fricción del carro en cada punto o altura de referencia. Las otras fuentes de error en la toma de datos son 

el viento que, que puede ocasionar resistencia al avance del carro



desajuste en los componentes como la polea o las ruedas del carro



ajuste en el sensor que toma la velocidad

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

CONCLUSIONES pudimos analizar mediante el desarrollo del tablas y las gráficas el comportamiento de la energía cinética y potencial comparando las muestras tomadas y mirando su comportamiento en las curvas Las causas ambientales pueden afectar de manera directa las pruebas en un laboratorio tales como el viento, presión atmosférica En el experimento pudimos comprender la relación entre la energía cinética y potencial, analizando cómo se cumple cada teoría en la practica

UNIVERSIDAD NACIONAL ESCUELA DE CIENCIAS

ABIERTA BASICAS

Y

A DISTANCIA TECNOLOGIA E

– UNAD INGENIERIA

100413 Física General

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Química y algo más (2016).”energía cinética y potencial”. Recuperado de http://www.quimicayalgomas.com/fisica/energia-cinetica-y-potencial Física net (2016)”apuntes de energía”. Recuperado de http://www.fisicanet.com.ar/fisica/f1_trabajo_energia.php Iac (2016). “gravitación” .Recuperado de http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/fisica/fisica3.htm Wikilibros (2016).”cinemática y medición”. Recuperado de https://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Cinem%C3%A1tica