Intercambio De Energia En Un Pendulo Plano

Universidad de Santiago de Chile

Facultad Tecnológica

Departamento de Física

Ingeniería en Alimentos

Informe de Laboratorio

“Intercambio de Energía en un Péndulo Plano”

Reseña Teórica

Energía Cinética

La energía es uno de los conceptos más importantes en todas las áreas de la física y en otras ciencias. La energía es una cantidad que se conserva, de ahí su importancia. La energía puede definirse en la forma tradicional, aunque no universalmente correcta como "la capacidad de efectuar trabajo". Esta sencilla definición no es muy precisa ni válida para todos los tipos de energía, como la asociada al calor, pero sí es correcta para la energía mecánica, que a continuación describiremos y que servirá para entender la estrecha relación entre trabajo y energía. Pero, ¿qué se entiende por trabajo? En el lenguaje cotidiano tiene diversos significados. En física tiene un significado muy específico para describir lo que se obtiene mediante la acción de una fuerza que se desplaza cierta distancia. El trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud como en dirección, se define como: "el producto de la magnitud del desplazamiento por la componente de la fuerza paralela al desplazamiento".

• Al aplicar una fuerza exterior sobre un cuerpo, este se acelera. (ecuación 1)

• La aceleración produce variación de velocidad (ecuación 2)

• Al variar la velocidad la "cantidad" de espacio recorrido (x) en función del tiempo aumenta (si el movimiento es acelerado) o disminuye (si es desacelerado) (ecuación 3)

• Si analizamos el trabajo mecánico (máximo) que realiza una fuerza sobre un cuerpo tendremos:

• Suplantamos por (1) L = m a x

• Suplantamos por (2) y por (3)

• Simplificamos t y multiplicamos (mediante distributivas) las velocidades

Esta expresión la denominaremos energía cinética

De esta manera se puede afirmar que si en el trabajo mecánico hay variación de velocidad también habrá variación de energía cinética: Teorema de la variación de energía: L =  EC

En este teorema se expresa la relación entre trabajo y energía, la energía se mide en la misma unidad.

En resumen, un objeto en movimiento tiene la capacidad de efectuar trabajo, y por lo tanto se dice que tiene energía. Por ejemplo un martillo en movimiento efectúa trabajo en el clavo sobre el que pega. En este ejemplo, un objeto en movimiento ejerce una fuerza sobre un segundo objeto y lo mueve cierta distancia. Esta energía de movimiento se llama Energía Cinética.

Energía Potencial Gravitatoria

Todo cuerpo que se ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial.

Esta afirmación se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso. El movimiento o deformación será tanto mayor cuanto mayor sea al altura desde la cual cae el objeto.

Para una misma altura, la energía del cuerpo dependerá de su masa. Esta energía puede ser transferida de un cuerpo a otro y aparecer como energía cinética o de deformación. Sin embargo, mientras el cuerpo no descienda, la energía no se manifiesta: es energía potencial.

Todos los cuerpos tienen energía potencial que será tanto mayor cuanto mayor sea su altura. Como la existencia de esta energía potencial se debe a la gravitación (fuerza de gravedad), su nombre más completo es energía potencial gravitatoria.

En resumen, la Energía potencial gravitatoria es aquella energía que poseen los cuerpos que se encuentran en altura. Esta energía depende de la masa del cuerpo y de la atracción que la Tierra ejerce sobre él (gravedad)

Si un cuerpo de masa m se sitúa a una altura h arriba de un nivel de referencia, este cuerpo posee una energía potencial gravitatoria con respecto a este nivel, la cual se expresa mediante la siguiente fórmula:

Donde

m = masa

g = constante de la fuerza de gravedad

h = altura

De acuerdo a la fórmula, la energía potencial está relacionada con la masa del cuerpo y con la posición que ocupa; cuanto más grande sea la masa del cuerpo, y cuanto mayor sea la altura a la que se encuentre, tanto mayor será su Energía potencial gravitacional.

Energía Mecánica

Entre los tipos de energía existentes tenemos a la energía cinética, la cual se relaciona con la velocidad de un cuerpo. Por el otro lado, tenemos a la energía potencial, la cual se relaciona con la posición en la cual se ubica un cuerpo determinado. La energía mecánica corresponde a la suma de la energía potencial y de la energía cinética.

De esta manera es posible aseverar que, para que exista energía mecánica, es necesario que "un cuerpo esté en movimiento", o que "un cuerpo se encuentre a cierta altura", o una combinación de las dos condiciones anteriores.

Péndulo Plano

El péndulo simple es un cuerpo formado por una masa puntual suspendida por una cuerda o una barra ligera. Cuando se le desplaza de su posición de equilibrio y se suelta, el péndulo oscila en un plano vertical bajo la influencia de la gravedad, este movimiento es periódico y oscilatorio.

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