PRÁCTICAS DE LABORATORIOS, TALLERES Y CENTROS DE SIMULACIÓN DE LA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS

PRÁCTICAS DE LABORATORIOS, TALLERES Y CENTROS DE SIMULACIÓN DE LA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E INDUSTRIAS

INGENIERÍA AMBIENTAL Y MANEJO DE RIESGOS NATURALES

LABORATORIO DE FÍSICA

ACCIÓN

NOMBRE

FECHA

FIRMA

ELABORADO POR:

Fis. Patricio González

DOCENTE

Fabián Pozo R

RESPONSABLE DE LABORATORIO DE FÍSICA

15/04/2019

[pic 2]

REVISADO POR:

Fis. William Suárez

RESPONSABLE DE ÁREA

15/04/2019

[pic 3]

APROBADO POR:

Msc. Remigio Chalán

COORDINADOR ACADÉMICO

15/04/2019

 ASIGNATURA:  Laboratorio de Física                               Nivel: 1[pic 5]

TEMA:  Trabajo y energía                                                            Práctica Nº: 1                                                                    

1. INTRODUCCIÓN:

La energía potencial gravitatoria de un cuerpo de masa m, localizado a una altura h, desde un nivel de referencia, es ., donde  es la aceleración de la gravedad. La energía cinética de un cuerpo de masa , que viaja con velocidad instantánea , se define como . La energía mecánica , de un sistema se define como la suma de sus energías potencial y cinética, es decir,  [pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12]

Se estudiará cómo el trabajo que la fuerza externa total hace sobre un cuerpo se relaciona con el cambio en su energía cinética.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

Se conserva la energía mecánica de un sistema aislado cuando no actúa alguna fuerza no conservativa  [pic 13]

1. OBJETIVO GENERAL: Verificar el teorema del trabajo y la energía.

*Alto(A), Medio (M), Bajo (B)

1.  DEFINICIONES:

La definición del trabajo: Cuando un objeto se mueve por la aplicación de una fuerza externa F, la fuerza hace un trabajo W, sobre el objeto. Esto se calcula con la siguiente ecuación  En la ecuación  vemos el producto escalar de los vectores F y dr. [pic 14]

Si la fuerza externa aplicada es constante, la ecuación se reduce a [pic 15]

El teorema del trabajo y la energía: Este teorema establece que en ausencia de fuerzas no conservativas, el trabajo hecho por la resultante de fuerzas externas sobre un cuerpo de masa  es igual al incremento en la energía cinética del cuerpo. En forma matemática[pic 16]

 ;[pic 17][pic 18]

Si halamos un carrito a lo largo de un plano horizontal, sin fricción, con una fuerza externa constante, el trabajo hecho por la fuerza será igual al cambio en la energía cinética del sistema.

1. BASE CONCEPTUAL:

Fuerza

Tipos de energía

Trabajo

Velocidad

1. ACTIVIDADES PREVIAS:

• ¿Cuál es la fórmula para calcular el trabajo realizado por una fuerza constante y cuál es la unidad en el SI?
• ¿Cuál es la relación entre el trabajo y la variación de energía cinética?
• ¿Cómo se calculan las energías cinética y potencial y cuáles son las unidades en el SI?
• ¿Qué datos se necesitan para calcular la energía cinética y la potencial?

1. MÉTODO/PROCEDIMIENTO:

1. Armar  el equipo según la figura.
2. Mida las masas del carro y del sensor de fuerza en conjunto.
3. Configuración de sensores: configure el sensor de movimiento con frecuencia de muestreo 50 Hz, activar posición y velocidad visibles, luego configure el sensor de fuerza dejando en frecuencia de muestreo de 50Hz, a continuación dejar visible fuerza de tiro positivo.
4. Configuración de gráficas: De posición vs tiempo; velocidad vs tiempo;  y  fuerza vs. Posición.  
5. Configurar tabla de valores: posición, velocidad, y  fuerza de tiro positivo.
6. Colocar una masa de 50 g en el porta masas.
7. Oprimir el botón de Inicio (play) y libere el carrito a partir del reposo.
8. Sujete el carrito antes de que choque contra la polea y oprima la tecla (play) para detener.
9. En la gráfica velocidad vs tiempo, elegir dos posiciones con el cursor y determine la velocidad inicial  y final    del carro y calcule la energía cinética en cada posición. (copiar estos valores en la tabla correspondiente).[pic 19][pic 20]
10. En la gráfica fuerza vs. posición elegir dos posiciones con el cursor y determinar el área bajo  la curva, el valor del área es el trabajo hecho para mover la masa total del sistema m (carro+sensor) desde la posición 1 a la posición 2 (copiar ese valor en la tabla correspondiente).
11. Repetir el experimento con 100 g suspendidos en el porta masas.

TRABAJOS Y CÁLCULOS:

1. Realizar un esquema gráfico de la práctica a mano (no fotos)
2. Imprimir las gráficas del equipo GLX: de posición vs tiempo; velocidad vs tiempo; y  fuerza vs. posición,  de una serie de datos. Incluir unidades y etiquetas para sus ejes; y la tabla de datos de posición, velocidad y fuerza.
3. Analizar la gráfica velocidad vs tiempo:

1. antes, b) durante y c) después del movimiento.

1. Calcular la energía cinética que corresponde a cada posición;   , utilizar la masa total del sistema m (carro+sensor de fuerza) [pic 21]
2. Calcular el cambio en la energía cinética cuando el carro se mueve de la posición 1 a la posición 2: [pic 22]
3. Calcular el error porcentual entre el trabajo realizado (área bajo la curva fuerza-posición) y la energía cinética  %.[pic 23]
4. Completar la tabla de datos medidos y calculados

1.  EQUIPOS Y MATERIALES:

Materiales:

• PASCO pista o riel de 1.2 m
• Carro
• Súper polea con abrazadera
• Adaptador
• Juego de masas (100 g y 50g)
• Hilo (cuerda)

Equipos

• PASPORT Xplorer GLX
• PASPORT Sensor de movimiento
• PASPORT Sensor de fuerza
• Balanza

1. CONDICIONES DE SEGURIDAD:

• No realizar inspección con equipos en funcionamiento.
• Tener en cuenta que el orden y la limpieza son indispensables para conservar los estándares de seguridad.
• Dar aviso a las personas competentes sobre las condiciones peligrosas e inseguras que por su naturaleza representen el riesgo de un accidente.
• No usar equipos de laboratorio o máquinas, sin la autorización respectiva.
• Utilizar en cada tarea de manera obligatoria, los elementos de protección personal.
• No retirar sin autorización, cualquier tipo de protección o resguardo de seguridad colocado con la finalidad de usarlo como una señal de peligro.
• No jugar con materiales peligrosos de laboratorio.

1. CUESTIONARIO DE INVESTIGACIÓN:

1. ¿Podrán ser la energía cinética y potencial gravitatoria negativas?. Explicar, puede ayudarse con gráficos
2. Mencionar tres requisitos que se necesitan para realizar trabajo
3. Un hombre quiere cargar un refrigerador en una camioneta con el uso de una rampa a un ángulo θ, como se muestra en la figura. El afirma que se debe requerir menos trabajo para cargar a la camioneta si la longitud L de la rampa aumenta. ¿Esta afirmación es válida?

[pic 29]

1. Los músculos del cuerpo humano ejercen fuerzas cuando se levanta, empuja, corre, salta, etcétera. ¿Estas fuerzas son conservativas?

1. EVALUACIÓN  DEL APRENDIZAJE :

*Alto(A), Medio (M), Bajo (B)