INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°08 (PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGIA MECANICA)

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INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO N°08

(PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGIA MECANICA)

NOMBRE Y APELLIDOS:

Juan José Fernández Chumán

CODIGO:

191TD90618

GRUPO:

“A”

DOCENTE:

Jorge exaltación Carlos Morales

ASISTENTE DE LABORATORIO:

Lic. Ruth Noemí Rojas Gonzáles

10 de Julio del 2019[pic 4]

GUÍA DE LABORATORIO N° 08: PRINCIPIO DE CONSERVACION DE ENERGIA MECÁNICA

1. OBJETIVOS:

• Analizar el cambio de energía potencial y cinética del objeto mientras se mueve.
• Determinar la energía total del objeto y comprobar si permanece constante.

1. CONCEPTO A AFIANZAR

1. Trabajo a una fuerza constante: Una fuerza constante genera trabajo cuando, aplicada a un cuerpo, lo desplaza a lo largo de una determinada distancia. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento.

1. Centro de gravedad de una esfera: Es el punto imaginario de aplicación de la resultante de todas las fuerzas de gravedad que actúan sobre las distintas porciones materiales de un cuerpo, de tal forma que el momento respecto a cualquier punto de esta resultante aplicada en el centro de gravedad es el mismo que el producido por los pesos de todas las masas materiales que constituyen dicho cuerpo.
2. Momento de inercia cuerpos rígidos: Es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. Cuando un cuerpo gira en torno a uno de los ejes principales de inercia, la inercia rotacional puede ser representada como una magnitud vectorial llamada momento de inercia.

1. MARCO TEÓRICO:

En esta práctica de laboratorio realizaremos el estudio de energía, en cual se basa en identificar, seguir y controlar los intercambios de energía en sus diferentes manifestaciones.

Se dice cotidianamente que la energía tiene varios términos como por ejemplo los combustibles para el transporte, la electricidad para la luz y electrodomésticos, alimentos para el consumo, incluyendo en cuan capaces somos en realizar una actividad física. Todas estas ideas son errónea al definir que es energía; pero si señalan que los combustibles son necesarios para realizar un trabajo, lo cual proporciona algo que se llama energía.

Entonces se define a la energía como una cantidad que se puede convertir de una forma a otra, pero no se crea no se destruye.

Energía cinética y Teorema de Trabajo- Energía

El trabajo total realizado por fuerzas externas sobre un cuerpo se relaciona con el desplazamiento de éste, también está relacionado con los cambios en la rapidez del cuerpo.

Al ser identificado el trabajo como un mecanismo de energía en un sistema, logra cambiar su estado de reposo o de movimiento. Entonces este situación asociamos la rapidez, se dice que tener un tipo de energía, la cual llamaremos la energía cinética “K”.[pic 5][pic 6]

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Considere una partícula con masa m que se mueve en el eje x bajo la acción de una fuerza neta constante de magnitud “F” dirigida hacia el eje +x (ilustración 2).                 La aceleración de la partícula es constante y está dada por la segunda ley de Newton, 𝐹 = 𝑚 𝑎. Suponga que la rapidez cambia de 𝑣1 𝑎 𝑣2 mientras la partícula sufre un desplazamiento 𝑠 = 𝑥2 − 𝑥1 del punto 𝑥1 al 𝑥2.

Utilizando las ecuaciones de Movimiento Rectilíneo Uniforme variado se tiene que:

                         (1)[pic 9]

donde   es la velocidad del cuerpo y  su masa.[pic 10][pic 11]

El producto F.s es el trabajo efectuado por la fuerza neta F es igual al trabajo total 𝑊𝑡𝑜𝑡 efectuado por todas las fuerzas que actúan sobre la partícula. Llamamos  a la cantidad la energía cinética K de la partícula (definición de energía cinética):                            [pic 12][pic 13]

                                  (2)[pic 14]

La energía cinética K de una partícula es igual a la cantidad de trabajo necesario para acelerarla desde el reposo hasta la rapidez v. La energía cinética es una cantidad escalar sin dirección en el espacio; siempre es positiva o cero, y sus unidades son las mismas que las del trabajo: 1 J = 1 Nm = 1 kgm2 /s2.

Conservación de la Energía Cinética y Potencial

Un objeto de masa “m” ubicado a una cierta altura “h” respecto al suelo tiene una energía potencial dada por “U”, donde:

                                  (3)[pic 15]

Si dicho objeto se deja caer, su altura “h” respecto al suelo disminuye y consecuentemente su energía potencial “U” también disminuye directamente. Sin embargo, conforme el objeto de masa “m” va cayendo, su rapidez “v” aumenta y consecuentemente su energía cinética “K”, dada por: (Ec. 2), aumenta.[pic 16]

La suma de la energía potencial “U” más la energía cinética “K”, en determinado instante, no cambia; es decir, la energía mecánica “E” definida como:

                        (4)[pic 17]

En la ecuación 4, se define como la “ley de conservación de la energía mecánica”. El principio de conservación de la energía además de permitir resolver con mayor facilidad problemas que resultarían difíciles de resolver aplicando la segunda ley de Newton, establece que si se observan todas las formas de energía que participan se percibe que la energía no se pierde en un intercambio; sólo se transforma.

Energía para Cuerpos Rígidos

Un cuerpo rígido en rotación es una masa en movimiento, así que tiene energía cinética que podemos expresar en términos de la rapidez angular del cuerpo y una nueva cantidad llamada momento de inercia, que depende de la masa del cuerpo y de la forma en que se distribuye tal masa.

El momento de inercia de un cuerpo se obtiene de acuerdo a la siguiente expresión:

                (5)[pic 18]

En donde 𝑚𝑖 y 𝑟𝑖 es la masa de la i-ésima partícula y la distancia de esta al eje de rotación respectivamente.

En un cuerpo rígido, las distancias ri son constantes, en tanto que I es independiente de cómo gira el cuerpo en torno al eje dado.

La unidad del momento de la inercia en el SI es el kilogramo-metro cuadrado (kg𝑚2).

En términos del momento de inercia I, la energía cinética rotacional K de un cuerpo rígido es:

                (6)[pic 19]

En donde “𝐼” es la inercia del cuerpo rígido y “𝜔” es su velocidad angular cuya unidad en el SI debe ser expresada en 𝑟𝑎𝑑/𝑠2. Para la práctica se considera una esfera sólida cuya inercia es [pic 20]

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