Caida Libre

Juan Sebastian Ramirez 1242944

Programa académico de Biología, Facultad de Ciencias,

Universidad del Valle, A.A. 25360, Cali (Colombia)

15 de abril de 2013

Resumen

Con base a un sistema de marcas térmicas de un objeto metálico eléctricamente cargado y en caída libre de una altura x sobre una tira de papel termo sensible se estudió relación existente entre la caída libre de un cuerpo y la gravedad, la dependencia del tiempo frente a la distancia, la aceleración del objeto, la velocidad característica del objeto en un instante x. Así como también se estudió y describió la variación de la energía mecánica de un cuerpo en caída libre. Todo esto se realizó bajo el objetivo de establecer y conocer las relaciones existentes entre la energía mecánica y la caída libre también para plantear un modelo general de un objeto cualquiera en caída libre.

Introducción.

Cuando decimos un cuerpo en caída libre nos referimos a un cuerpo que está siendo afectado exclusivamente por la fuerza de la gravedad, para el buen desarrollo de esta práctica despreciaremos el resto de los factores que afectan el cuerpo y solo consideraremos la gravedad. En este informe también la energía mecánica la cual se encuentra restando la energía potencial a la energía cinética .

Este informe consta de cuatro partes que en su respectivo orden son: discusión teórica sección en la cual se cita la teoría con la cual se pueden expresar los resultados experimentales. Métodos experimentales sección en la cual se explica de manera detallada los procedimientos que se realizaron para llevar a cabo el experimento. Resultados y discusión de resultados sección en la cual se exponen los resultados obtenidos su interpretación y se compararan y discuten con los resultados esperado o establecidos por la teoría. Conclusiones

Sección en la cual se sintetizan los conocimientos adquiridos al comparar la sección experimental con la teoría.

Discusión teórica

Este laboratorio toca los temas de caída libre y de conservación de la energía.

La caída libre es un movimiento vertical que genera un cuerpo al caer, el cual es efectuado netamente por el peso de éste, el que es un claro ejemplo de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. El MRUA dice que a igual intervalo de tiempo, igual es el incremento de la velocidad de un objeto, por ende la velocidad en ese objeto nuca es contante, siempre está cambiando, por lo contario la aceleración si es constante (la aceleración es también vista como el cambio de la velocidad en función del tiempo) [2].

La distancia que el cuerpo avanza en la vertical es la misma altura de la que el cuerpo es lanzado o desde donde el cuerpo inicia su desplazamiento. En el vacío, sin importar el peso o la forma del objeto este cae con una aceleración constante, la cual es igual para todos, pero cuando este ejercicio es realizado en la tierra, el aire genera que el cuerpo se frene, por esto la aceleración queda limitada a la forma del objeto. La aceleración para los movimientos de caída libre es conocida como la aceleración de la gravedad, esta es aproximadamente 9.81 m/s2 y es la que ejerce la tierra para atraer todos objetos a su centro, la cual fue propuesta por Sir Isaac Newton como la ley de la gravedad [1] [3].

Como se dijo al principio, este laboratorio también trataba sobre la conservación de la energía, con esto nos remontamos a la ley de la conservación de la energía, la cual conforma la primera ley de la termodinámica y dice que la cantidad de energía que tiene un cuerpo en un sistema aislado, o sea que no interactúa con ningún otro, conservara su energía sin importar el paso del tiempo, pero también dice que esta energía puede cambiar en dicho sistema, ejemplo cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica (el fenómeno que se da cuando se calienta una resistencia), por lo cual la ley dice: “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma, en un sistema aislado” [4].

Hay unas fuerzas que ayudan a que ésta ley se cumpla, como son las fuerzas conservativas (fuerza elástica, la gravedad, entre otras) y se caracteriza porque cuando el cuerpo genera trabajo entre el punto A y B, sin importar la ruta que este efectúe, siempre va a ser el mismo. Al contrario de la fuera conservativa, hay unas fuerzas que le roban energía al sistema como lo son las fueras disipativas (fuerza de rozamiento) [5].

En el caso de caída libre se observa una transformación de energía como es pasar de energía potencial la cual se encuentra cuando el cuerpo esta equilibrio, a pasar a energía cinética que es la energía de movimiento.

La energía potencial es un tipo de energía mecánica la cual hace referencia a la posición o ubicación de un objeto, para encontrar el valor de la Ep tenemos que multiplicar la masa del objeto (m), con la aceleración de la gravedad (g) y la altura a la cual el objeto es lanzado o donde éste inicia su desplazamiento (h) [6].

Ep=U=m.g.h

Cuando el cuerpo el cuerpo empieza a caer este genera trabajo y se convierte en energía cinética. La energía cinética es la energía de movimiento, ésta se encuentra como consecuencia del movimiento del objeto. la forma de calcular Ec es por medio de esta fórmula:

Ec=1/2.m.v2

Esta energía cuando se le atribuye a un cuerpo finito es conocida como energía cinética de traslación de la masa

Método experimental

Se trabajó con un sistema que constaba de una vara de metal de aproximadamente 2 m de alto de la cual colgaba un cable de metal que en su extremo superior poseía un electroimán y en su extremo inferior un recipiente metálico, en la vara había una tira de papel termo sensible, el experimento consistía en la parte superior de la varilla de metal colocar un objeto metálico, el objeto metálico era cargado eléctricamente por el electro imán, cuando el objeto llegaba a un nivel máximo de energía se soltaba del electro imán y caía al suelo en línea recta siguiendo por el cable de metal, a medida de que el objeto iba cayendo iba dejando una serie de marcas en el papel termo sensible que eran chispas que el objeto iba expulsando al principio continuamente al final no muy seguido , las marcas en el papel eran cada

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