Mejoramiento y conservacion de la energia

CONSERVACION DE LA ENERGIA

RESUMEN

En éste informe se presenta un estudio de la información recopilada en la práctica de laboratorio #1 en la que se  estableció la conservación de la energía mecánica basada en la toma de mediciones directas e indirectas que se le realizaron a un péndulo simple desde su posición de equilibrio  y su efecto de movimiento en diferentes alturas estableciendo así sus diferentes tipos de incertidumbres, velocidad y energía cinética.

Palabras clave: Energía, Conservación, Energía cinética, magnitud, velocidad.

• INTRODUCCIÓN

La importancia a la  ley de la conservación de energía radica en la serie de acontecimientos que envuelve, presente desde acontecimientos tan simples como el movimiento de un objeto desde su punto de equilibrio hasta el choque de dos autos en plena vía, dichos componentes como el Trabajo donde la energía mecánica depende de la posición y al movimiento de un cuerpo, o la velocidad que toma debido al peso y la gravedad aportan al sistema de energía variando según las características especiales en las que se encuentre dicho cuerpo, de cualquier forma es importante resaltar que la energía siempre está presente conservada o transformada.

Es importante estudiar la variación de la energía cuando un objeto se expone a diferentes condiciones en éste caso en altura, ya que la variación de éste índice conduce a especificar un análisis  detallado de la componente de  energía potencial en función de la energía cinética de un cuerpo (péndulo simple) que al ser lanzado a cierta altura arroja una velocidad determinada, es importante de igual forma establecer las mediciones exactas junto con sus respectivas incertidumbres, realizando mediciones directas como el diámetro del péndulo así como la altura de cada lanzamiento; e indirectas como la masa del cuerpo y las velocidades correspondientes.

• MARCO TEÓRICO

En la vida cotidiana el principio de conservación de energía, permite ver hasta que lugar puede movilizarse un auto para que en el momento de descender sobre una pendiente adquiera la velocidad suficiente como para dar una vuelta vertical completa.

Por ejemplo en un conjunto de partículas las fuerza que éstas ejercen y que no dependen de ellas se denominan fuerzas externas, mientras que al interactuar entre sí les permite adquirir fuerzas internas, su energía tota puede variar dependiendo la interacción entre las fuerzas externas y el trabajo del sistema o el calor que se produzca al interior del mismo .

• ENERGÍA POTENCIAL

“Se define la energía potencial de un sistema como el cambio en la energía potencial de un sistema que iguala con signo opuesto, el trabajo total realizado  por todas las fuerzas conservativas internas”.  Esto quiere decir que siempre y cuando no haya una fuerza externa influyendo dentro del sistema, el trabajo de las partículas es directamente proporcional al cambio de la energía cinética, ya que las dos coinciden cambiando de signo la otra su suma no puede cambiar, y esto es lo que se conoce como el principio de  conservación de la energía mecánica y es muy útil para resolver problemas de mecánica aunque con un factor limitante como las pérdidas por rozamiento ya que la energía en éste caso no se conservaría si no que disminuiría.

• INCERTIDUMBRE DE CALIBRACIÓN DE UN INSTRUMENTO

Para indicar el cálculo de la incertidumbre de un instrumento de medida a través de su calibración, se deben considerar los siguientes supuestos previos:

La fuente principal de incertidumbre es la debida al instrumento de medida. Existen fuentes de incertidumbre aleatorias, tipo A. Se identifican dos tipos de fuentes:

• Tipo A: Aquellas que pueden estimarse a partir de cálculos estadísticos obtenidos de las muestras recogidas en el proceso de medida.
• Tipo B: Aquellas que únicamente están basadas en la experiencia o en otras informaciones.

1. La única componente de incertidumbre tipo B es la debida al patrón, porque se considera que en las condiciones que se efectúan las medidas en los laboratorios, las otras incertidumbres tipo B son de orden inferior a las de tipo A. En caso contrario se sumarían las varianzas.
2. El instrumento se emplea para medir en condicionas análogas a las que se calibra.

El proceso a seguir para la calibración en un punto de la escala de medida consiste en:

1. Medir nc veces el patrón de valor e incertidumbre conocidos.
2. Calcular los estimadores estadísticos xc y sxc2.
3. Corregir la desviación sistemática al nominal.
4. Calcular el valor de la incertidumbre de dicha corrección.

• ENERGIA CINÉTICA

La energía cinética se relaciona directamente con el movimiento de un  cuerpo cuando una fuerza mueve su punto de aplicación.

Según la ley de newton se tiene que:

Si la fuerza es constante, la aceleración también lo es y el desplazamiento está ligado con la velocidad inicial  y con la velocidad final  entonces la aceleración será

Por lo tanto la Energía cinética la define la formula:

De la ecuación anterior se representa el cambio de la energía cinética experimentada por la partícula por lo tanto el trabajo total realizado por la misma es igual a la variación de la energía cinética:

      Lo anterior conocido como el teorema trabajo-energía cinética válido incluso cuando la                                                        fuerza neta varía y el movimiento no se da en línea recta .  

•  ENERGÍA MECANICA

La energía mecánica total se define como la suma delas energías cinética y potencial de un sistema, si no hay fuerzas externas que alteren el trabajo interno, las fuerzas son conservativas  y la energía mecánica total del sistema permanece constante

• PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La realización de la práctica consistió en determinar la energía cinética de un péndulo simple, dispuesto a diferentes alturas desde una posición de equilibrio soltándolo libremente y permitiendo que un contador electrónico proporcionara las velocidades respectivas

• Determinar la masa y el diámetro de la esfera con ayuda de la balanza y una regla.
• Se elevó la esfera manteniendo tensa la cuerda del origen del péndulo y se midió su altura con respecto al origen.
• Al soltar la esfera (con cuidado, que no golpee la barrera) ésta disminuyó su altura mientras su velocidad incrementaba, para determinar la velocidad al pasar por su punto de equilibrio, se midió el tiempo que tarda la esfera en atravesar el haz de luz con el contador digital y la barrera foto-eléctrica en configuración apropiada, asumiendo un movimiento rectilíneo uniforme durante este corto tiempo.
• Para la  altura h1 se repitió el procedimiento 5veces, es decir se obtuvo 5 tiempos de los cuales se calculó un tiempo promedio t1 y así la velocidad correspondiente V1 para esta altura. Esto permitió calcular la energía potencial gravitacional inicial y la energía cinética final junto con su incertidumbre.[pic 1]
• Se repitieron los pasos anteriores para 5 diferentes alturas.
• Con los cinco valores de la velocidad inicial y las cinco alturas se tuvieron cinco valores de energía potencial y sus correspondientes cinco valores de energía cinética.

• MATERIALES

• Péndulo simple
• Soporte universal
• regla o flexómetro
• contador electrónico digital de 4 décadas (Phywe # 13600.93)
• Barrera fotoelectónica (Sartorius BL)
• Tornillo micrométrico

• MONTAJE EXPERIMENTAL

Se realizaron las medidas directas de masa del péndulo simple sobre la balanza (imagen 1)  y se determinó su respectivo diámetro midiéndolo con una regla ya que  contó con  torrnillo micrométrico.

Imagen 1: medida directa de la masa del péndulo simple en la balanza

masa 100.1 g

péndulo simple

[pic 2][pic 3]

Se realizó el montaje de la práctica usando un tablero de fondo que sirvió como guía para mediar las alturas, se utilizó un soporte universal para disponer el péndulo simple colgado dando su punto de equilibrio y coincidiendo con la primera medida de referencia,   en la parte inferior del tablero se dispuso el contador eléctrico haciendo coincidir el centro de la esfera del péndulo con el haz de luz que emitía el led de la barrera fotoeléctrica  quedando el montaje como se muestra e la imagen 2.

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