Conservación de la energía mecánica y trabajo hecho por la fricción

Conservación de la energía mecánica y trabajo hecho por la fricción

Autores:

Miguel José Berganza Campos, Valeria Raquel Peña Alfaro, Diego Fernando Rivas Reyes, Marcela Tobar García, Cesar Alejandro Trujillo Rodríguez.

Universidad Centroamericana José Simeón Cañas

Física I, Laboratorio 06B Mesa No. 1

00022117@uca.edu.sv, 00043217@uca.edu.sv, 00049317@uca.edu.sv, 00023617@uca.edu.sv, 00031317@uca.edu.sv

COORDINADOR:

Humberto Molina hmolina@uca.edu.sv INSTRUCTORES:

Guillermo Sandoval, Gabriela Zepeda, Hilmer Gutiérrez, Liss Herrera 00009415@uca.edu.sv, 00045915@uca.edu.sv,

00047715@uca.edu.sv, 00017014@uca.edu.sv

Resumen- La práctica de laboratorio realizada anteriormente se realizó de manera virtual y fuera de las instalaciones del laboratorio de Física I. Esta misma consiste en que a través de un software sobre un patinador y una rampa se calculó la energía mecánica y su descomposición en energía potencial y energía cinética más el trabajo generado por la fricción sobre el patinador a la hora de deslizarse por la rampa. La práctica a su vez poseía las opciones de cambiar ciertas variables del software como lo son la masa del patinador, la altura a la cual se dejaría caer en la rampa, la fricción del mismo, etc. A partir de todos estos factores el software calcula el porcentaje o la cantidad de la energía cinética en sus puntos correspondientes, así también el de la energía potencial en sus puntos correspondientes y el trabajo generado por la fricción y así daba como resultado la energía total o más bien Energía Mecánica.

Descriptores: Energía cinética, Energía Mecánica, Energía Potencial gravitatoria, Energía potencial Elástica, Fricción, Trabajo, Energía, Energía Total, Calor.

I. INTRODUCCIÓN TEÓRICA 

La rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de las partículas u objetos o cuerpos, en general,  y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas se denomina Mecánica. En un cuerpo existen funcionalmente dos tipos de energía presentes, los cuales afectan dependiendo el estado del objeto, los cuales son: Energía cinética la cual se manifiesta cuando el objeto esta en movimiento y la Energía potencial la cual se manifiesta dependiendo la altura a la cual este el objeto [1].

La energía es una propiedad que se relaciona con los cambios o procesos de transformación en la naturaleza. Sin energía ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. El estudio del movimiento atendiendo a las causas que lo originan lo efectúa la dinámica como teoría física relacionando las fuerzas con las características del movimiento, tales como posición y velocidad.

Es posible, no obstante, describir la condición de un cuerpo en movimiento introduciendo una nueva magnitud, la energía mecánica, e interpretar sus variaciones mediante el concepto de trabajo físico. Ambos conceptos surgieron históricamente en una etapa avanzada del desarrollo de la dinámica y permiten enfocar su estudio de una forma por lo general más simple.

La forma de energía asociada a las transformaciones de tipo mecánico se denomina energía mecánica y su transferencia de un cuerpo a otro recibe el nombre de trabajo. Ambos conceptos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos de forma más sencilla que usando términos de fuerza y constituyen, por ello, elementos clave en la descripción de los sistemas físicos [2].

Llamamos energía mecánica de un cuerpo a la suma de las energías descritas anteriormente, es decir a la suma de la energía cinética y la energía potencial. Cabe mencionar que es importante señalar que la energía potencial, de modo general, cuenta a su vez con distintas contribuciones, es decir que no solamente pueden aplicarse estas dos tipos de energía, puesto que existen otras como la energía potencial elástica, aunque en esta práctica solo nos centraremos en las dos primeras antes mencionadas.

La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre son de manera fuerzas conservativas, tal como su nombre lo indica, mantienen la energía. Es por ello que muchos de nosotros escuchamos la frase de “la energía no se crea ni se destruye, solo de transforma”, es por esto mismo ya que a esto se le llama ley de la conservación de la energía, las cuales son a su vez la que dan pauta y forman parte de la energía total, o como realmente se llama, energía mecánica [3].

Aunque ya se explicó la primera parte del teorema de Trabajo-energía. La segunda parte forma parte el trabajo, la cual se denomina como el trabajo hecho por la fuerza de fricción, la cual esta se pierde en calor. Esta fuerza a su vez hace todo lo contrario a las anteriores ya que esta trata de frenar un objeto, es decir hace que se frenen los cuerpos provocando así el calor.

El trabajo de la fricción como ya se dijo anteriormente se opone al movimiento, esta es un tipo de fuerza no conservativa puesto que el trabajo que se realiza genera un desgaste de energía, el cual se traduce a calor, por el simple hecho de la resistencia de un objeto al ser arrastrado y donde entra en juego el coeficiente de fricción y otros factores importantes [4].

A partir de todo lo dicho anteriormente se puede afirmar que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico 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, solo puede cambiar de una forma a otra.

Es por ello que en esta práctica de laboratorio, la cual se realizó de manera virtual, se utilizó un programa en el cual se colocaba un patinador, y se controlaban ciertos factores o variables como la masa, la velocidad, la altura a la cual se iba a dejar deslizar, etc. Y se calculó su energía potencial gravitatoria, energía cinética, y la energía elástica, así también se calculó su contraparte, es decir se calculó el trabajo hecho por la fricción, y a partir de todo ello el software utilizado calculo la energía total, o más bien la energía mecánica.

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