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LABORATORIO DE FÍSICA MECÁNICA

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Enviado por   •  7 de Noviembre de 2017  •  Reseñas  •  1.710 Palabras (7 Páginas)  •  7 Visitas

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Teorema Trabajo - Energía.

LABORATORIO DE FÍSICA MECÁNICA.

Edison Vargas, William Sigua, Christian Calle

Universidad de Cuenca – Ecuador

edison.vargas@ucuenca.ec , cristian.calle@ucuenca.ec , william.sigua@ucuenca.ec 

Resumen. Cuando aplicamos una fuerza constante a un cuerpo, el trabajo de dicha fuerza será el producto de la misma por el desplazamiento, así mediante el teorema trabajo energía cinética podemos relacionar el trabajo efectuado por una fuerza externa, misma que produce una variación de energía cinética en un cuerpo. En la práctica lo que se busca es comparar el trabajo de una fuerza y la relación con la variación de energía cinética del cuerpo, para ello utilizamos un móvil en una pista, el cual se verá afectado por una tensión producida por una masa colgante, así partiendo del reposo ganará una velocidad con lo que se podrá calcular la energía cinética y relacionarla con el trabajo efectuado de la tensión sobre el móvil.

Palabras Clave- Cinética, Energía, Teorema, Trabajo.

  1. Introducción

Si una fuerza externa está actuando sobre un cuerpo produciendo un cambio en su energía cinética, esta variación representa el trabajo neto que actúa sobre el cuerpo. Así se define el teorema del trabajo y la energía cinética, dos conceptos indispensables en el estudio de la física mecánica. El desarrollo de esta teoría se empezó a gestar en el siglo XIX por el matemático francés Gaspard - Gustave Coriolis. En este teorema establece que, en ausencia de fuerzas no conservativas, el trabajo hecho por la resultante de fuerzas externas sobre un cuerpo de masa m es igual al incremento en la energía cinética del cuerpo. Podemos escribir esto en forma matemática como:

W=K–K0=ΔK

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. El trabajo y la energía están profundamente relacionados, pero cuando hablamos de trabajo no nos estamos refiriendo a la labor que desempeñan los obreros o cuando nos referimos a energía no esa que según los comerciales televisivos perdemos al envejecer. No, el trabajo en física se trata de que la fuerza que se aplique sobre el cuerpo, y la distancia recorrida por efecto de la fuerza que se aplica. También debemos considerarse un detalle, el desplazamiento que se produce debe tener la misma dirección de la fuerza aplicada.

  1. Objetivos
  • Conocer los conceptos de trabajo y energía en un sistema con fuerzas conservativas
  • Establecer la relación existente entre trabajo y energía cinética
  • Interpretar las definiciones de trabajo y energía cinética a través de sus respectivas líneas de graficas obtenidas en el laboratorio.

  1. Marco Teórico

Se denomina trabajo, al producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento.

[pic 1]

[pic 2]

Donde Ft es la componente de la fuerza a lo largo del

desplazamiento, ds es el módulo del vector desplazamiento dr, y q el ángulo que forma el vector fuerza con el vector desplazamiento.

El trabajo total a lo largo de la trayectoria entre los puntos A y B es la suma de todos los trabajos infinitesimales

[pic 3]

Supongamos que F es la resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula de masa m. El trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor final y el valor inicial de la energía cinética de la partícula.

[pic 4]

En la primera línea hemos aplicado la segunda ley de Newton; la componente tangencial de la fuerza es igual a la masa por la aceleración tangencial.

En la segunda línea, la aceleración tangencial at es igual a la derivada del módulo de la velocidad, y el cociente entre el desplazamiento ds y el tiempo dt que tarda en desplazarse es igual a la velocidad v del móvil.

Se define energía cinética como la expresión

[pic 5]

El teorema del trabajo-energía indica que el trabajo de la resultante de las fuerzas que actúa sobre una partícula modifica su energía cinética.

  1. Materiales.

Cantidad

Descripción

Código

1

Interface PASCO (para dos sensores)

1

Sensor de fuerza

CI-6742

1

Sistema photogate/polea

CI- 6746

1

Pista Dinámica 1.2 m

ME-9435A

1

Coche Dinámico

ME-9430

1

Masas y sistema de suspensión.

ME-9348

1

Balanza

SE-8723

1

Mordaza de mesa universal

ME-9376B

1 m

Hilo o cuerda

SE-8050

Tabla.  1 Materiales

  1. Instrucciones

Programa de Instalación.

  1. Configurar la interfaz PASCO y el ordenador e iniciar DataStudio. Conecte el sensor de movimiento y el sensor de fuerza en la interfaz.

  1. Conectar el sensor de fuerza y el photogate a la interface.

  1. Abrir el archivo DataStudio: 32 Work and Energy.ds
  1. Utilice la barra de montaje de polea para sujetar la polea a la lengua de la fotopuerta.
  1. Fije la abrazadera de mesa univesal en el extremo de la pista. Instale la barra del sistema photogate/polea en la abrazadera para que la parte superior del bore de la polea este aproximadamente a la misma altura que el gancho en el sensor de fuerza que está montado en el carro.
  1. Colocar en el final de la carrera con imanes alrededor de 1cm delante del photogate y polea, arreglar el carro para que los imanes en el carro y los imanes en el tope se encuentren cara a cara.

  [pic 6]

  1. Use un trozo de cuerda que sea alrededor de 10 cm más largo que la distancia desde la parte superior de la polea al piso. Conectar un extremo de la cuerda al gancho del sensor de fuerza. Colocar la cuerda con la ranura de la polea.
  2. Colocar un gancho de masas al final de la cuerda de tal manera uq eka parte inferior de gancho de masas quede justo sobre el piso cuando el carro esta contra el final de la carrera.
  3. Poner una masa conocida sobre el gancho de masas, pesar el gancho y la masa. Convertir la masa a kilogramos y registrar el valor.
  4. Añadir las masas juntas para para encontrar la masa total del sistema. Registrar la masa total.
  5. Hacer click en el botón “calcular” para abrir la ventana de cálculo. Introducir el valor de la masa total y a continuación hacer click en aceptar. Cerrar la ventana después de insertar el valor de la masa.
  6. Presionar el botón cero para tarar el sensor.

Procedimiento.

  1. Tirar el carro del photogate para que la masa en el extremo de la cuerda quede justo debajo de la polea.
  2. Sujete el cable del sensor de fuerza para que el carro pueda moverse libremente. Hacer click en inicio. Suelte el carrito para que pueda moverse hacia el photogate.
  3.  Hacer click en detener, justo antes de que ek carro alcance el tope.

  1. Cuestionario
  1. ¿Por qué el grafico de Fuerza vs Posición no es uniforme?

El móvil que se consideró para el experimento, se desplazó a lo largo del eje x bajo la acción de una fuerza que varía con la posición, para este caso no se puede aplicar: W = FΔrcosθ debido a que solo es posible usar cuando la fuerza es una magnitud constante en modulo y dirección. Pero el trabajo ejercido por una fuerza variable se puede obtener mediante la Integral de la fuerza con respecto al diferencial desplazamiento.

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