Conservacion De Energia

Practica 5: “Principio de conservación de la Energía Mecánica en un plano inclinado”

Objetivo:

El objetivo del experimento es determinar que tanto se aproxima el sistema formado por el riel de flotación y el deslizador, a un sistema conservativo ideal, es decir que está exento de fuerzas que al actuar hacen que parte de la energía mecánica se pierda, transformándose esta en otra forma de energía.

Introducción:

El principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye, se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.

Para sistemas abiertos formados por partículas que interactúan mediante fuerzas puramente mecánicas o campos conservativos la energía se mantiene constante con el tiempo:

.

Donde:

, es la energía cinética del sistema.

, es la energía potencial gravitacional del sistema.

, es la energía potencial elástica del sistema.

Es importante notar que la energía mecánica así definida permanece constante si únicamente actúan fuerzas conservativas sobre las partículas.

Material y equipo:

Sistema de Flotación Lineal (SFL), marca Ficer , modelo SFL-03

Impulso de Aire (IA), mara Ficer, modelo IA-03

Cronómetro digital, marca Ficer, modelo CD-03

Amortiguador desmontable

Deslizador con bandera de interrupción

Interruptores opto-electrónicos

Electroimán de sujeción

Tira de papel de registro

Lápiz, goma y hoja de papel

Diseño del experimento:

Una forma simple de saber que tan conservativo es el Sistema de Flotación Lineal, se logra comparando las variaciones tanto de la energía cinética ΔK, como de la energía potencial gravitatoria ΔU que experimenta un deslizador cuando se mueve a lo largo del sistema de flotación empleado como un plano inclinado. Si el sistema es conservativo, es decir que no existen fuerzas disipativas (fuerzas que al actuar, hacen que se pierda energía de alguna manera), entonces debe cumplirse:

ΔK/ΔU= -1 (1)

Ahora bien, si suponemos que el deslizador en su movimiento ascendente pasa a través de los puntos 1 y 2 con las velocidades v1 y v2, respectivamente, como si indica en la Figura 4. La variación de energía cinética ΔK que experimenta el deslizador de masa “m” al desplazarse una distancia “d”, se expresa así:

ΔK=1/2 mv_2^2-1/2 mv_1^2 (2)

Y su respectiva variación de la energía potencial será:

ΔU=mg(h_2-h_1) (3)

Si el sistema es puramente conservativo, al combinar las ecuaciones 1, 2 y 3 debe cumplirse que:

ΔK/ΔU= ( 1/2 m(v_2^2-v_1^2))/(mg(h_2-h_1))= -1 (4)

Si llamamos Δh a la diferencia de alturas de los puntos 1 y 2, es decir,

Δh=h_2-h_1 (5)

Entonces de la ecuación anterior se obtiene:

((v_2^2-v_1^2))/2gΔh= -1 (6)

Si la razón de ΔK/ΔU tuviera un valor diferente de -1, indicaría que además de las fuerzas conservativas, estarían actuando otras que no lo son, una de ellas en nuestro caso, sería la fuerza de fricción producida por el rozamiento del deslizador en el aire.

De la Figura 4 se puede ver que:

sinθ=∆h/d (7)

Resumiendo el experimento se planea de la siguiente manera:

Se nivela cuidadosamente el Sistema de flotación lineal, a continuación se le proporciona una inclinación adecuada por medio del bloque de metal, después con el impulsor de aire encendido se permite que un deslizador se desplace una distancia d, midiéndose las velocidades de los puntos 1 y 2. Para tal fin se recomienda que la medición de las velocidades

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