TRANSFORMACION DE ENERGIA CINETICA EN POTENCIAL

TRANSFORMACION DE ENERGIA CINETICA EN POTENCIAL

OBJETIVOS

Objetivo General:

Demostrar a través de la práctica, como se produce el proceso de transformación de energía cinética en energía potencial.

Objetivos Específicos:

1.1. Determinar las distancias recorridas por un balín que se deja caer de tres alturas diferentes de una rampa.

1.2. Determinar el valor de la energía potencial en los puntos A, B, C

1.3. Calcular las diferentes velocidades (Vd) en el punto D.

1.4. Calcular las energías mecánicas

1.5. Calcular el promedio de las distancias recorridas por el balín

1.6. Calcular las diferentes velocidades (Vd). Tomando como dato OA’, OB’ y OC’.

1.7. Determinar la energía mecánica del balín en el punto D’

1.8. Determinar el tiempo empleado por el balín en recorrer la distancia OA

1.9. Determinar la velocidad del balín y la energía mecánica en el punto A.

MATERIALES UTILIZADOS

 Rampa curva acanalada.

 Hojas de papel blanco.

 Esfera metálica

 Escala graduada en milímetros.

 Papel carbón

 Plomada.

BASES TEORICAS

LA ENERGÍA MECÁNICA

La forma de energía asociada a los cambios en el estado mecánico de un cuerpo o de una partícula material recibe el nombre de energía mecánica.

De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que interesan a la mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinámica de Newton, el estado mecánico de un cuerpo, de modo que éste puede cambiar porque cambie su posición o porque cambie su velocidad.

ENERGIA POTENCIAL

De acuerdo con su definición, la energía mecánica puede presentarse bajo dos formas diferentes según esté asociada a los cambios de posición o a los cambios de velocidad. La forma de energía asociada a los cambios de posición recibe el nombre de energía potencial.

La energía potencial es, por tanto, la energía que posee un cuerpo o sistema en virtud de su posición o de su configuración (conjunto de posiciones). Así, el estado mecánico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo que el que tenía a nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un muelle que es tensado, las distancias relativas entre sus espiras aumentan. Su configuración ha cambiado por efecto del estiramiento. En uno y otro caso el cuerpo adquiere en el estado final una nueva condición que antes no poseía: si se les deja en libertad, la piedra es capaz de romper un vidrio al chocar contra el suelo y el muelle puede poner en movimiento una bola inicialmente en reposo.

En su nuevo estado ambos cuerpos disponen de una capacidad para producir cambios en otros. Han adquirido en el proceso correspondiente una cierta cantidad de energía que puede ser liberada tan pronto como se den las condiciones adecuadas.

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.

Entonces:

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).

¿Cómo calcular la Energía Potencial Gravitatoria?

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:

m = masa

g = constante de la fuerza de gravedad

h = altura

Ep = m • g • h

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 Potencial Elástica: Si se considera un resorte que cuelga del techo y uno de sus extremos está fijo, adosado al techo, mientras su otro extremo está libre, al ejercer una fuerza sobre el resorte éste se puede comprimir, disminuyendo su longitud. Para que el resorte no se estire será necesario mantener una fuerza sobre él. Al acabarse la fuerza, el resorte se descomprime, estirándose.

Si ahora se tiene el resorte con un extremo fijo sobre la mesa, y se ejerce una fuerza para comprimirlo, si el extremo libre de este resorte se pone en contacto con algún cuerpo, al descomprimirse puede provocar que el objeto se mueva, comunicándole energía cinética (energía que poseen los cuerpos cuando se mueven).

Este hecho pone de manifiesto que el resorte comprimido posee energía almacenada que se denomina energía potencial elástica.

Cuando se salta en una cama elástica, también se pone de manifiesto este hecho; la persona que cae desde cierta altura sobre la cama tiene inicialmente una energía potencial que irá disminuyendo progresivamente durante la caída, mientras que su energía cinética (de movimiento) irá aumentando. Al chocar contra la superficie de la cama se perderá energía cinética; los resortes de la cama se colocarán tensos. La energía cinética se ha transferido a los resortes, almacenándose en forma de energía potencial elástica. Ésta se pondrá de manifiesto rápidamente. Los resortes se descomprimirán y le comunicarán movimiento al cuerpo hacia arriba, adquiriendo cierta velocidad, es decir, energía cinética. Ésta irá disminuyendo con la altura mientras que la energía potencial irá aumentando ya que aumentará la altura del cuerpo.

ENERGIA CINETICA

La forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de energía cinética. Un cuerpo en movimiento es capaz de producir movimiento, esto es, de cambiar la velocidad de otros. La energía cinética es, por tanto, la energía mecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o velocidad.

Es decir cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.

Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento, es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.

Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo. Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la colisión.

La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente:

E c = 1 / 2 • m • v 2

E c = Energía cinética

m = masa

v = velocidad

Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita más arriba.

En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben pertenecer al mismo sistema. En el Sistema Internacional (SI), la masa m se mide en kilogramo (kg) y la velocidad v en metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ).

RESULTADOS

CALCULOS, TABLAS GRAFICAS

1.- Montar la rampa sobre una mesa y definir las alturas A,B,C en la rampa.

2.- unir 3 o cuatro hojas de papel blanco, de modo que se forme una hoja de tamaño mayor, de igual forma hacerlo con el papel carbón.

3.- colocar en el suelo el papel carbón con la superficie hacia arriba y el papel blanco sobre este. Colocar la plomada de cuelgue de la orilla de la mesa tratando de que sobre el papel.

4.- dejar caer el balín desde 3 alturas diferentes (A,B,C) y medir el valor de cada uno de ellas tomando como nivel de referencia la superficie de la mesa (realice cada experiencia tres veces y trabaje con la medida probable) anótelo en la tabla de valores. Marque las huellas dejadas por el balín al caer sobre la hoja blanca en el suelo, estas permitirán medir las distancias (OA’, OB’, OC’)

D’ C’ B’ A’

A1= 24,5 cm B1= 20,8cm C1= 11,5cm

A2= 25 cm B2= 20,4cm C2= 11,4cm

A3= 23,5 cm B3= 20,2cm C3= 11,3cm

5.- Determinar el valor de la Energía potencial (Ep) en los puntos A,B,C tomando como nivel de referencia la superficie de la mesa. Anotar los resultados en la tabla de valores.

EpA= m x g x hA

EpA=0,015Kg x 9.8m/s2 x 0,068m

EpA= 9.996 x 10-3 J

EpB= m x g x hB

EpB= 0,015Kg x 9.8 m/s2 x 0,05m

EpB= 7,35 x 10-3 J

EpC= m x g x hB

EpC= 0,015Kg x 9.8 m/s2 x 0,025m

EpC= 3,675 x 10-3 J

6.- Calcular las diferentes velocidades Vd del balín

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