Laboratorio Fisica

LABORATORIO: CONSERVACION DE LA ENERGIA

RESUMEN

Este informe aplicaremos conocimientos de cinemática para relacionar datos experimentales con la ley de conservación de energía y así comprobar que la ley se cumple y que la energía mecánica del sistema que vamos a estudiar a continuación se cumple.

OBJETIVOS

• Reconocer los conceptos de fuerza conservativa y su influencia en la ley de conservación de energía.

• Calcular la velocidad inicial del movimiento semiparabólico de una partícula siguiendo la teoría de cinemática.

• Determinar indirectamente la ley de la conservación de la energía mecánica

INTRODUCCION

En el siguiente laboratorio tenemos como sistema una partícula con masa m que se pondrá en movimiento a partir de su estado de reposo agarrado de un hilo el cual en su otro extremo se encuentra agarrado de tal manera que la partícula describirá un movimiento circular, iniciado desde su posición inicial el cual se ubicara horizontalmente al punto de agarre del hilo con el punto de partida y llegara a recorrer un ángulo de 90 grados en donde en un instante será cortado el hilo por una cuchilla con el fin de que la partícula se mueva sin la fuerza de tensión que le propinaba el hilo y ahora se moverá libremente describiendo así un movimiento semiparabolico con lo cual tendremos como punto de llegada final una superficie plana, en este caso una mesa o el piso, que está a una altura H de la cuchilla que inicia el movimiento parabólico; con esto tendremos la posibilidad de tomar datos experimentales del alcance máximo que produjo el movimiento semiparabolico desde el momento que se corta el hilo hasta que llega a toca superficie plana.

Seguido del esta experiencia tomaremos los datos de alcance máximo (x), la altura de la superficie plana a la cuchilla (h) y la altura dela cuchilla al punto de inicio del movimiento circular (H). Con los datos aplicaremos conocimientos de cinemática para hallar la velocidad en el punto de corte del hilo (es decir en el instante que toca la cuchilla), que es la velocidad final del movimiento circular como también la velocidad inicial del movimiento semiparabolico.

Terminado de hacer el tratamiento de datos para hallar la velocidad en el punto de corte del hilo, pasaremos a calcular la energía mecánica en el punto de inicio del movimiento circular y la energía mecánica en el punto final del movimiento circular (como ya dijimos es el punto donde inicia el movimiento semiparabolico) y a partir de estos datos compararemos que se conserve la energía mecánica en los dos puntos es decir que sean iguales en energía.

Por ultimo compararemos nuestros resultados experimentales con el teórico y concluiremos la veracidad de la ley de conservación de energía.

MARCO TEORICO

Sabemos que a energía es la capacidad de un cuerpo o sistema de cuerpos para efectuar un trabajo, sabemos también que la ley de conservación de energía, dice, que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma, con lo que predecimos que cuando un cuerpo cambia su estado original es porque hay ciertos cambios y/o transformaciones que se manifiestan en diferentes formas de energía que pueden ser cinética, potencial, eléctrica, mecánica, química entre otras.

Estos cambios de estados produce el aumento de ciertas energía y la disminución de otras con lo que se define que la energía inicial de un cuerpo en algún estado determinado es igual a la energía final del cuerpo cuando cambia de estado, más la energía que se ha transformado a otros tipo de energía.

Ahora un cuerpo en su estado de reposo tiene una energía interna particular que está dado por la sumatoria de la energía cinética y potencial, es decir la energía que tiene en función de su velocidad (cinética) y la energía que tiene en función de la altura en que se encuentre (potencial)*.

La energía mecánica es entonces la sumatoria de estas energías asociadas a la posición y al movimiento, es decir:

E_m=E_k+E_p ECUACION 1

E_k=1/2 mv^2 ECUACION 2

E_p=mgh ECUACION 3

Donde E_k es energia cinetica y E_p es energia potencial

Ahora cuando en un cuerpo actúan solo fuerzas conservativas en un estado de movimiento (donde las fuerzas conservativas son aquellas donde el trabajo realizado para desplazar una partícula entre dos puntos es independiente de la trayectoria seguida entre estos puntos), la energía mecánica va permanecer constante. En este orden de ideas y partiendo de la figura #1, que nos da una visión de la experiencia, diremos que:

Como solo actuaran fuerzas conservativas en nuestra experiencia podremos definir que:

E_mA=E_mB

E_kA+E_pB=E_kB+E_pB

1/2 mv_A^2+mg(h+H)=1/2 mv_B^2+mgH

g(h+H)=1/2 v_B^2+gH ECUACION 4

Por ultimo teóricamente la velocidad en el punto B es: 〖 v〗_B=√2gh ECUACION 5

Y teóricamente la energía mecánica será:

E_mA= g(h+H) ó E_mB=1/2 v_B^2+gH ECUACION 6

Ahora esta última ecuación es teóricamente.

Para hallar la relación entre energías mecánicas en los puntos A y B tendremos que hallar como primer paso la velocidad en el punto B; para ello usaremos el conocimiento de cinemática a partir del alcance horizontal que se logró al final del movimiento semiparabolico:

Componente en eje y

y_f=y_o+v_oy t-g/2 t^2 → 0=H-g/2 t^2

H=g/2 t^2

Componente en eje x

x_f=x_0+v_ox t → x_f=v_ox t

t=x_f/v_ox

Reemplazando t en ecuación componente y tenemos:

H=g/2 (x_f^2)/(v_ox^2 ) con lo cual tenemos v_B=√(g/2 (x_f^2)/H) ECUACION 7

Con lo cual concluimos hallando la energía mecánica asociada al punto A y B teniendo la velocidad experimental

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