Fuerza roce energia trabajo

Universidad de Santiago de Chile[pic 1]

Departamento de Ingeniería en Electricidad

Laboratorio de Física

LABORATORIO DE FISICA

Experiencia Nº3

“FUERZA DE ROCE – ENERGIA - TRABAJO”

Integrantes:         Christian Almuna

                Alejandro Galaz

Ayudante Lab:        Srta. Francisca Vergara

Docente:         Sra. Cecilia Toledo

Carrera:         Ingeniería de Ejecución en

Electricidad, Vespertino.

Fecha:                19/05/2014

INDICE

RESUMEN                                                                                03

OBJETIVOS                                                                        03
MATERIALES UTILIZADOS                                                        03

INTRODUCCION                                                                        04

MARCO TEORICO                                                                05

ACTIVIDADES:                                                                
A.-Determinación de roce estático                                                09
B.- Coeficiente de Roce Cinético                                                10
C.- cálculo de trabajo experimental                                                14
D.- Conservación de la energía                                                        15

CONCLUSION                                                                                19

REFERENCIA                                                                        20
GLOSARIO                                                                        20
        

RESUMEN

En el estudio de la mecánica se puede describir el movimiento de los cuerpos desde un análisis cinemático, es decir, en función de las definiciones de desplazamiento, velocidad, aceleración. También es posible hacerlo desde un análisis dinámico, es decir, estudiando las causas del movimiento, estudiando el por qué algunos cuerpos se mueven con mayor rapidez que otros, como también se pude realizar desde el punto de vista energético.

La transformación de un tipo de energía en otra es una parte esencial del estudio no sólo de la física sino que también de la química y de la biología, como también de la ingeniería, de la astronomía etc.

Un tipo muy común de problemas en la naturaleza son aquellos en los cuales las fuerzas dependen de la posición, como la fuerza de gravitación entre los cuerpos, fuerza elástica de un resorte

Para determinar el movimiento de una partícula sometida a este tipo de fuerza se usan los conceptos de Trabajo y Energía.

En relación a lo indicado anteriormente, en esta experiencia analizaremos los diferentes tipos de fuerzas existentes, por medio de las actividades a realizar.

OBJETIVOS

1.- determinar el coeficiente de roce estático y cinético entre dos superficies

2.-

• Identificar la energía cinética, la potencial gravitatoria y la potencial elástica.
• Verificar la conservación de la energía mecánica para un lanzamiento de proyectil.
• Determinar el trabajo realizado por diferentes fuerzas

MATERIALES USADOS        

• Pie de Metro
• Sensor de Fuerza, Motion detector 2, SN 02006280
• Riel de aluminio.
• Interface para PC VernierLabQuest.
• PC Estación de trabajo (Logger Pro Vernier Software).
• Cables de conexión, huincha métrica, etc.
• Cuerpo experimental de masa conocida (madera).
• Soporte universal
• Lienza.
• Cilindro bronce (masa conocida)
• Polea
• Lanzador de proyectil
• Esfera metálica

INTRODUCCIÓN

Las Fuerzas se definen como a “las causas capaces de producir alguna modificación en un cuerpo”. Por ejemplo cuando dos cuerpos interactúan están ejerciendo fuerza entre sí. Por ello la entendemos como todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales en las que interactúa.

La fuerza se mide en Newton (N) según el sistema internacional de unidades, en honor y reconocimiento a Isaac Newton por su aporte a la física y se define como “una fuerza de 1 N es la fuerza que, cuando actúa sobre un objeto de 1 kg. de masa, produce una aceleración de 1 m/s2”.

La fuerza es una magnitud física de carácter vectorial capaz de deformar los cuerpos (efecto estático), modificar su velocidad o vencer su inercia y poner en movimiento cuerpos si estos se encuentran en reposo (efecto dinámico). En este sentido la fuerza puede definirse como toda acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo (imprimiéndole una aceleración que modifica el módulo o la dirección de su velocidad).

Otros de los conceptos son energía y trabajo, los cuales están relacionados; La energía es uno de los conceptos físicos más importantes y esta se presenta de diferentes modos: como energía química, hidráulica, nuclear, calórica, mecánica, electromagnética, eólica, etc.

MARCO TEÓRICO

Parte 1:

Cuando se tiene un cuerpo estático sobre un plano inclinado, el diagrama de fuerzas que actúan sobre el cuerpo se puede graficar como se muestra a continuación:

[pic 2]

Esto es equivalente a decir que:

[pic 3]

[pic 4]

Donde  corresponde a la fuerza de roce estático y  es la fuerza normal a la superficie.[pic 5][pic 6]

Cuando el cuerpo está a punto de deslizar, el módulo de la fuerza de roce  vale: [pic 7]

Utilizando estas tres expresiones se puede afirmar que el coeficiente de roce estático se puede calcular de la siguiente forma:

[pic 8]

Parte 2:

Cuando se tiene un cuerpo en movimiento sobre un plano inclinado, el diagrama de fuerzas que actúan sobre el cuerpo se puede graficar como se muestra a continuación:

[pic 9]

Esto es equivalente a decir que:

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

De donde se obtiene:

      (1)[pic 13]

Además se afirma que la fuerza de roce cinético se puede calcular como:

[pic 14]

[pic 15]

        (2)[pic 16]

Reemplazando (1) en (2), se tiene:

[pic 17]

        (3)[pic 18]

Utilizando la expresión tres, se puede afirmar que para determinar experimentalmente el coeficiente de roce cinético se necesitan conocer la aceleración de gravedad, las masas de los cuerpos y la aceleración del sistema.

Parte 3:

El trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo, es equivalente a la energía necesaria  para mover el cuerpo durante un tiempo determinado. Se calcula como el producto escalar de la fuerza aplicada por una unidad infinitesimal del desplazamiento.

[pic 19]

En términos generales, cuando existe un desplazamiento  , se puede afirmar que desarrollando el producto escalar se obtiene:[pic 20]

[pic 21]

Donde r, corresponde al desplazamiento total realizado por un cuerpo. Particularmente, si el ángulo , el coseno vale 1, por lo cual se obtiene que:[pic 22]

[pic 23]

En otro caso particular, si el ángulo , el coseno vale, por lo cual se obtiene que el producto escalar es nulo y el trabajo también lo es.[pic 24]

NOTA: Para determinar un trabajo realizado por una fuerza, se debe establecer una distancia de desplazamiento acotada.

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