Conservacion de energia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

SEDE PALMIRA

Práctica No. 8 - Conservación de Energía

Fecha: 18 de agosto de 2021

Grupo: 4

Integrantes:

1. Luis Alberto Aragon Caicedo.  

2. Jimena Aranda Carvajal.        

3. Anyi Estefanía Quiñones Rivadeneira.  

4. Litsyd Daniela Ceballos Monacyo.    

5. Luis Alejandro Marín Henao.

Resumen

En el presente escrito, se mostrará la metodología de laboratorio, toma de resultados, procesamiento y análisis para la octava práctica experimental: conservación de la energía mecánica. Para ello, se aplicarán conceptos anteriormente tratados y demostrados.

La ley de conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica ya que afirma la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado ( sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo puede cambiar de una a otra forma.

Objetivos

• Hallar la energía cinética y la energía potencial gravitacional de un objeto a alturas variables.
• Analizar cómo se transforma la energía potencial en energía cinética.
• Comprobar que la cantidad total de energía de un objeto en cualquier sistema físico aislado permanece constante en cualquier instante.

Introducción

La ley de conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía.  En resumen la ley de conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra. A continuación se podrá observar la actividad experimental que se realizó para intentar comprobar lo anteriormente dicho.

Marco Teórico

        Energía cinética

Es la energía que posee un cuerpo a causa de su movimiento. Por ejemplo, un auto que se mueve a gran velocidad y choca con un muro es capaz de derribarlo o también, un huracán puede levantar objetos pesados.

Su fórmula para calcularla es la siguiente:  

K= ½ mv²

donde: K = energía cinética

            m = masa

            v = velocidad

La energía cinética se define como la mitad del producto de la masa de un objeto en movimiento y el cuadrado de su velocidad.

Esta energía siempre será positiva o cero, y cuando sea cero es porque se refiere a un objeto en reposo. Es una magnitud escalar, no vectorial.

Se debe tener en cuenta que al hacer cálculos es elemental que todas las magnitudes estén en las unidades del S.I. Las unidades de la energía son kg m²/s² y su unidad en el S.I es el joule (J) siendo su fórmula:

1J = N.m = kg m²/s²

Está unidad fue llamada joule en honor al físico británico James P. Joule.

        Energía potencial

Es un tipo de energía mecánica, igual que la energía cinética, que pueden poseer los cuerpos. A diferencia de la energía cinética, cuando se habla de energía potencial, se está asociando esta energía al lugar que ocupan los diferentes cuerpos en el espacio. Esta forma de energía  es una magnitud escalar cuya medida en el sistema internacional de unidades es Joule (J).

Los tipos de energía potencial más comunes son:

•  Energía potencial Gravitacional:  

Es la energía que posee un objeto,debido a su posición  en un campo gravitacional .Esta se representa mediante la siguientes expresión:  

  Ug =mgh

Donde Ug = (Kg)(m/s²)(m)= Kg (m²/s²)=J

• Energia potencial Elástica:

Es la capacidad que tiene un cuerpo de almacenar energía tensionando sus enlaces químicos.  

• Energía potencial Química:

Esta forma de energía potencial se basa en la energía que poseen las moléculas. Esta energía almacenada se libera  o se observa a través de las reacciones químicas.

• Energia Potencial Electrica:

Energia potencial electrica o electrónicas cuando dos puntos tiene una diferencia de potencial y se conecta a través de un conductor eléctrico se genera lo que se conoce como energía potencial eléctrica

Fuerza conservativa

Es cualquier fuerza para la cual el trabajo realizado en una trayectoria cerrada es cero.

Una trayectoría cerrada. Si alguna fuerza no cumple con la definición anterior se dice que es una fuerza no conservativa. En pocas palabras las fuerzas conservativas “conservan la energía mecánica” y así, las energías no conservativas “pierden” energía mecánica (realmente no se pierde energía, sino que es transformada a otra energía).

 Ejemplos de fuerzas conservativas son la Fuerza de la gravedad y la Fuerza elástica. ejemplo de las fuerzas no conservativas son la fricción o la resistencia del aire, del primero se sabe que la energía mecánica se transforma en térmica generando calor.

Volviendo al enunciado de qué es una fuerza conservativa, se producen unas consecuencias que son expresadas de manera que hace cumplir con lo ya definido.

• [pic 1] (Expresión 1.1. para el Dibujo 1.) Esta expresión puede ser comprobada porque si se conoce el trabajo realizado por una fuerza conservativa sobre un objeto al moverse por la trayectoria A a B (WA->B); entonces también conocemos el trabajo que realiza la misma fuerza al objeto cuando se mueve en la
• trayectoría en el sentido opuesto, de B a A. [pic 2]

Dibujo 1, trayectoria del punto A a B.

Aquí se hace evidencia el enunciado, ya que la trayectoria A a B a A forma una trayectoria cerrada, la suma de los trabajos es igual a cero;  [pic 3](Expresión 1.2.)  (de esta expresión se despeja la 1.1).

• [pic 4] (expresión 2.1.  para el Dibujo 2.) la segunda consecuencia es para cuando se tiene dos trayectorias de diferentes recorrido pero que llegan al mismo punto. Para comprobar esta expresión se piensa por lo siguiente:

• La trayectoria del punto A al punto B sobre la trayectoria 1 y el regreso de B a A sobre la trayectoria 2 es una trayectoria cerrada; [pic 5] (expresión 2.2)
• Después usando la expresión de la primera consecuencia; [pic 6](expresión 2.3)
• Al igualar las expresiones 2.2 y 2.3 obtenemos [pic 7]cancelando mismos términos, para terminar ordenando y quedar: [pic 8](Expresión 2.4) de esta sale la expresión 2.1.

[pic 9]

Dibujo 2, trayectorias con distintos recorridos pero el mismo punto de inicio y llegada.

Todo lo anterior descrito es solo bajo un sistema con influencia de solo fuerzas conservativas.

...