Conservación de la Energía Mecánica
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Jueves 2-4pm – Física I – Universidad Nacional del Callao
Resumen
Se define la energía potencial
, a
aquella que puede obtenerse en virtud En el siguiente informe veremos a través del DataStudio el coeficiente de deformación de un resorte utilizando los materiales del laboratorio, para los
de la posición del cuerpo:
∫
cuales se demostrara y se hallara los
Energía potencial de la fuerza peso
valores respecto a las gráficas de
Si se calcula el trabajo y la energía
posición, velocidad y aceleración que la
potencial para una partícula partícula que se deja
energía mecánica se conserva.
caer libremente desde una posición inicial
a otra posición . La fuerza que
produce el movimiento de la partícula es Introducción
gravitacional, que para caída libre es el
, entonces el trabajo es: Si consideramos la variación de la altura y respecto a una posición referencial , se obtiene: ) peso
Cuando todas las fuerzas son conservativas se mantiene la energía mecánica del sistema y solamente cuando se realiza trabajo contra fuerzas conservativas se produce un incremento en la energía mecánica.
Energía potencial de la fuerza elástica Fuerzas conservativas y no conservativas Energía Potencial
El trabajo por la fuerza elástica del resorte sobre el cuerpo, será:
EL trabajo realizado por una fuerza f uerza conservativa es independiente de la trayectoria y de la rapidez con la que se mueve la partícula.
∫
Donde:
Método experimental
K, es la constante de elasticidad del resorte.
-
Verificar la conexión e instalación de la interface.
La energía potencial elástica es cero
-
Ingresar al software DataStudio y
cuando el resorte no está deformado, es
seleccionar la actividad crear
máxima cuando alcanza su deformación
experimento.
máxima y es siempre positiva ya que es proporcional a
. Si consideramos la
-
Seleccionar el sensor de movimiento de la lista de
deformación y respecto a una posición
sensores y efectuar la conexión
referencial
usando los cables para
la ecuación es:
transmisión de datos de acuerdo
2
a lo indicado por DataStudio. -
Conservación de la Energía Mecánica
Efectué la calibración correspondiente, elija para el
La ley de conservación de la energía
sensor de movimiento una
mecánica establece que la energía
frecuencia de disparo igual a
mecánica total de un sistema permanece
30Hz.
constante si las únicas fuerzas que
-
Genere un gráfico para cada uno
realizan trabajo sobre el sistema son
de los siguientes parámetros
conservativas, entonces:
(velocidad y posición) medidos
Donde:
por el sensor de movimiento. -
Seleccione un resorte de longitud
Es decir, el trabajo realizado por todas las
adecuada y constante elástica k
fuerzas no conservativas es igual al
conocida y una masa (pesada
cambio de energía mecánica total del
previamente), luego colóquela en
sistema.
el porta pesas de modo que le
Cuando una partícula se mueve por la
sistema permita oscilaciones en
acción de una fuerza conservativa, por el
una sola dirección.
teorema del trabajo y la energía se tiene que el trabajo realizado por la fuerza es igual a la variación de energía cinética de la partícula:
Primera actividad -
Resultados
Realice el montaje de accesorios de modo que el primer dato sea
Gráfica (F=mg vs x)
son un peso de 50g y aumentar el peso con cada experimento. -
Tomar en total 10 experimentos para los cuales se llevará a un gráfica, la cual se hallara el valor de la pendiente que se tomará como la constante k del resorte. Gráfica posición vs tiempo
Segunda actividad -
Realice el montaje de accesorios y sensores tal como se indicó en la clase de laboratorio.
-
Inicie una medición de prueba soltando el resorte desde la posición de elongación natural, detenga la toma de datos luego
Gráfica velocidad vs tiempo
de cierto tiempo. -
Determine la amplitud A, en la gráfica posición vs tiempo y determine cuál es la distancia desde el eje x hasta el punto medio de la sinusoide generada, esta distancia será
-
.
Por calculadora efectué los gráficos E vs t, K vs t, K vs x, E vs x, K,V vs x y K,V vs t; tomando todos los datos obtenidos anteriormente.
Gráfica aceleración vs tiempo
Gráfica K vs tiempo
Gráfica U vs posición
Gráfica U vs tiempo
Gráfica K, U vs posición
Gráfica K, U vs tiempo
Gráfica Energía vs tiempo
Gráfica K vs posición
A=0.198m
K=44.682N/m
Cuestionario
5. Diga cuales son los valores máximos y mínimos para la energía potencial y
1. Del análisis realizado sobre las gráficas
cinética.
obtenidas, ¿Diría usted que se ha
Los valores máximos y mínimos de la
conservado la energía mecánica, durante
energía cinética son respectivamente
el experimento?
0.525J y 0.472J.
Lo que hemos obtenidos de las gráficas
Los valores máximos y mínimos de la
es que pese al tiempo que se tome en el
energía potencial son respectivamente y
experimento la energía mecánica total se
0.058J y 0.035J.
conserva en todo el transcurso del experimento.
6. En el experimento realizado, cuál diría usted que es la fuerza ejercida sobre el
2. ¿Cuál es la velocidad máxima que se
resorte, ¿conservativa o disipativa?,
observa en el sistema masa-resorte?
explique su respuesta.
La velocidad máxima que se observa
La fuerza ejercida sobre el resorte son
durante el experimento es de 0.39m/s.
fuerzas conservativas que son la energía potencial elástica y la energía cinética.
3. ¿Cuál es la energía total del sistema? , ¿Es constante en el tiempo?, explique sus respuestas. La pequeña variación que existe en nuestros datos es mínima ya que por momentos la energía total del sistema
7. Usando los datos exportados de
y
vs posición, localice los puntos donde =.
Los puntos que obtuvimos fueron (0.163, 0.015) y (0.194, 0.015)
tomas los valores de 0.025J y 0.026J debido a la toma de valores por parte del
8. Con los datos exportados para posición
observador y el uso de los materiales de
vs tiempo y velocidad vs tiempo,
laboratorio.
determine las ecuaciones de posición y velocidad en función del tiempo recuerde
4. ¿El sistema estudiado es cerrado? No, el sistema está sometido a fuerzas conservativas externas que podrían influir en cálculo total de los datos que tomemos a considerar, esas fuerzas pueden ser nuestro mal manejo de los materiales o la presencia de la fuerza del aire.
que se debe considerar el desfasaje. Ecuación posición vs tiempo
Ecuación velocidad vs tiempo
Conclusiones
La energía mecánica total del sistema que tomamos a través del sistema del resorte y el peso se demostró experimentalmente que está energía se conserva por el trabajo realizado de las fuerzas conservativas del sistema. 9. ¿Qué energía total tendrá el sistema analizado luego de 60 segundos? La energía mecánica total del sistema será el mismo analizado desde el comienzo y el final del sistema que se realizó en el experimento ya que no varía
Hallamos a través de este experimento que el coeficiente del resorte es una cantidad no variable que depende exclusivamente del material del resorte.
con respecto al tiempo. Referencias
10. Si el resorte se coloca sobre un plano inclinado, ¿De qué forma seria necesario plantear las ecuaciones para calcular la
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energía cinética y potencial del sistema?
Física I
Beer-Ferdinand
Para poder medir la energía mecánica del
Física I
Serway
sistema se colocaría el resorte para recibir la velocidad del móvil PASCAR sobre un plano así de esa manera se efectuaría trabajo y se conservaría la energía mecánica.
