RUEDA DE MAXWELL

1. TÍTULO

Diseño y construcción de una rueda de Maxwell

2. OBJETIVOS

 Diseñar y construir una rueda de maxwell con materiales de fácil acceso.

 Aplicar el instrumento elaborado para nuestra formación profesional.

3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA

3.1. Definición

Este dispositivo clásico se utiliza para demostrar la conservación de la energía mecánica. La rueda de Maxwell se utiliza para investigar el momento de inercia de un disco. Un juguete semejante a esta rueda es el yo-yo.

El aparato consiste en un disco de radio R que tiene un eje de radio r, que se encuentra suspendido de una barra horizontal a la que se le encuentra unido por dos hilos enrollados en los extremos de su eje.

3.2. Fuerzas que actúan sobre el disco.

Las fuerzas que actúan sobre el disco son dos:

• El peso que actúa en el centro del disco, y

• La tensión de la cuerda que actúa en la periferia.

3.3. Funcionamiento

El aparato consiste en un disco de radio R que tiene un eje de radio r, que se encuentra suspendido de una barra horizontal a la que se le encuentra unido por dos hilos enrollados en los extremos de su eje. Después de soltar la rueda con la cuerda enrollada a su eje, su energía potencial se trasforma en energía cinética (de rotación) a medida que cae. Cuando la rueda alcanza su posición más baja, acumula una energía de rotación tan considerable que, una vez extendido todo el hilo sigue girando y enrollándose de nuevo y ascendiéndola de esa manera. Durante el ascenso, la rueda aminora el giro como resultado de la transformación de la energía cinética a la energía potencial, se detiene, y acto seguido vuelve a caer girando. Este proceso continua hasta que la energía total se pierda debido a la fricción.

3.4. Importancia

Primero la piedra de moler, la cual molía grandes cantidades de granos más eficientemente que una persona con un mortero. Comunidades enteras podían formarse alrededor de una enorme piedra de moler propulsada por ganado en lugar de humanos. Las piedras de moler eran talladas de rocas grandes que luego eran cinceladas hasta convertirlas en discos planos y surcados. Ahora el grano podía ser procesado en cantidades tan grandes que el problema ahora era almacenarlo. Pero la rueda resolvió también este problema.

Segundo, los tornos de alfarero utilizados para hacer vasijas de arcilla, fueron creados inicialmente durante la edad del bronce y luego fueron refinados por los egipcios hace unos 5000 años. Los alfareros podían dar forma a vasijas de paredes delgadas con gran capacidad de almacenamiento en menos tiempo de lo que tomaba hacer una vasija sin la rueda. Los tornos de alfarero siguen siendo utilizados en la actualidad.

La tercera aplicación de la rueda y tal vez la más significativa fue en el transporte. Las primeras ruedas de troncos evolucionaron para convertirse en ruedas estrechas que podían ser conectadas mediante un eje,

Un eje es una estructura que está conectada a la rueda pero que es independiente de ella. Con frecuencia se encuentra en el centro de rotación de la rueda o en su eje.

Los carros de ruedas ayudaron a transportar bienes, por ejemplo el exceso de granos que se almacenaban en las vasijas de barro.

3.5. Principio de conservación de la energía.

“La ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra”.

Para aplicar el principio de conservación de la energía comparamos la situación inicial, el disco está en reposo con la situación final, el disco ha descendido una altura h. En la situación final, el centro de masas del disco se mueve con velocidad vc y gira alrededor de un eje que pasa por el centro de masas con velocidad angular w .

La energía potencial del disco ha disminuido en la cantidad mgh.

La energía cinética del disco ha aumentado en

El principio de conservación de la energía se escribe

La relación entre las velocidades en los movimientos de traslación vc del c.m. del disco y de rotación w es

vc=w r

Despejando vc obtenemos el mismo resultado.

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