Lab Oratorio n7 de Fisica II

K es mi gra INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO NO ESTATAL ² TECSUP Nª 2

LABORATORIO DE FÍSICA II PRACTICA Nº 7

´TEOREMA DEL TRABAJO Y ENERGÍAµ ESPECIALIDAD: CICLO: PROFESOR: INTEGRANTES:

GRUPO: MESA: SEMANA:

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

II Juan Carlos Grande Ccalla Benavente de la Cruz, Ludwin Edgard Campos Mendoza, Carlos Landrux Avendaño Fernández, Erick Chacnama Esquivel, Andre

³C´ ³2´ ³14´

Fecha de realización: 11 de noviembre del 2010

Fecha de entrega:

18 de noviembre del 2010

AREQUIPA ² PERÚ 2010

PRACTICA Nº 7: ROZAMIENTO. FRICCIÓN EN SÓLIDOS.

Octubre de 2010

PRÁCTICA Nº 07 TEOREMA DEL TRABAJO Y ENERGÍA 1. INTRODUCCION

2. OBJETIVO 1) Comprobar la relación entre el trabajo aplicado sobre un objeto y la variación en su energía cinética. 2) Realizar cálculos cinemáticos basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesori a ccesorios os usados.

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MATERIALES

- Computadora personal con programa Data Studio instalado - Sensor de fuerza (Dinamómetro) - Sensor de movimiento - Móvil PASCAR - Polea - Pesas con portapesas - Cuerda - Regla.

4. FUNDAMENTO TEÓRICO 4.1. T rabajo. Cuando se ejerce sobre un cuerpo una fuerza constante F que forma un ángulo  con la dirección del movimiento, el trabajo realizado por este agente mientras el cuerpo efectúa un desplazamiento x, se define como el producto del desplazamiento por la componente de la fuerza en la dirección del movimiento, así: W = (F. Cos ). X (1) Donde W, denota el trabajo realizado por la fuerza F que actúa sobre cierto ángulo respecto a la dirección del desplazamiento. La ecuación (1), nos muestra que el trabajo debe ser expresado en términos del producto de la unidad de fuerza por la unidad de distancia. En el sistema MKS, el trabajo se expresa en Newton metro y recibe el nombre de Joule (J), de modo que un J, es el trabajo efectuado por una fuerza de un Newton actuando sobre un cuerpo que se mueve un metro en la dirección de dicha fuerza, ahora como N = m.Kg.s-2, tenemos que J = N.m = m2.Kg.s-2. En el sistema cgs, el trabajo queda expresado en dina - centímetro, y la unidad se denomina ergio, así: 1 ergio = dina.cm, luego como 1N = 105 dinas y 1m = 102 cm, tenemos que 1 J = 107 Ergios.

4.2. Energía


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Se considera tácitamente la energía como la capacidad para hacer un trabajo, o bien el trabajo ´acumuladoµ por un cuerpo. El concepto de energía es uno de los más fructíferos de toda la física, y además de la química y biología.

4.3. Energía Cinética (Ec) Es la energía que tiene un cuerpo por desplazarse a determinada velocidad y su valor está dada por la relación: Ec = (1/2) m v2 (2) Donde: m, es la masa del móvil y v es la velocidad. Se puede demostrar la existencia de la energía cinética de varias formas. Una manera es suponer que se está aplicando una fuerza constante sobre un cuerpo y que, por tanto, utilizando la ley de Newton F = ma , tendremos un cuerpo sometido a una aceleración constante.

4.4. Energía Potencial (EP) Es aquella relacionada con la posición de un cuerpo, existen varios tipos como la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica, con respecto al tipo gravitatorio, podemos iniciar el análisis suponiendo lo siguiente: Sea un cuerpo de masa m, que es levantado verticalmente con un movimiento uniforme, desde una posición en la cual el centro de gravedad se encuentra a una altura y1, por encima del plano elegido arbitrariamente, hasta una altura y2, y si se supone que no hay rozamiento, la fuerza necesaria para levantar el cuerpo sería constante e igual en magnitud al peso mg, y deberá estar dirigida verticalmente hacia arriba. Ahora, dado que conocemos la relación entre el trabajo realizado, la fuerza empleada y la distancia recorrida, es posible, definir lo siguiente:

W = mg (y2 ² y1) (3) Donde el único efecto del agente exterior F, ha sido aumentar la magnitud mgy desde su valor inicial mgy1 al valor final mgy2 En conclusión definimos la energía potencial gravitatoria EPg , de un cuerpo como el producto del peso mg por la altura y, de su centro de gravedad respecto a un plano de referencia elegido arbitrariamente, así: LABORATORIO DE FISICA II

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EPg = mgy (4) La energía potencial está asociada siempre a una fuerza, así para las fuerzas de tipo conservativas, se cumple que:

Una fuerza es conservativa si el trabajo que realiza no depende del recorrido sino de los puntos inicial y final.

4.5. Potencia (P) Se define como el trabajo realizado por unidad de tiempo, es decir:

Para fuerzas conservativas, donde la fuerza es constante, la potencia desarrollada se puede calcular de la siguiente relación: P = F.v (7)

4.6. T eorema T rabajo-Energía Para un objeto de masa m, que experimenta una fuerza neta F, a lo largo de una distancia x, paralela a la fuerza neta, el trabajo realizado es igual a:

Si el trabajo modifica la posición vertical del objeto, la energía potencial gravitatoria cambia según:

Ahora, si el trabajo modifica solo la velocidad del objeto, la energía cinética del objeto cambia según:


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5. PROCEDIMIENTO T eorema trabajo energía. Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experime nto y seguidamente reconocerá el sensor de movimiento previamente insertado a la interfase Power Link.

El sensor de movimiento es un dispositivo como un sonar que emite pulsos de sonido y luego los recoge, mediante este procedimiento calcula las variables del movimiento.

Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic sobre el icono CONFIGURACIÓN, seleccionamos posición, velocidad y aceleración, además modificamos la frecuencia de registro y la llevamos hasta 50 Hz ( 50 lecturas por segundo). Una vez calibrado el sensor arrastramos el ícono Gráfico sobre el icono sensor de movimiento y seleccionamos la gráfica velocidad - aceleración vs tiempo, luego hacemos el montaje de la figura 2.  No permita que el móvil golpee la polea.


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Ahora coloque el móvil en la posición inicial (a 0,15 m del sensor), realice las mediciones con la masa de 50 gramos suspendida del hilo. Inicie la toma de datos soltando el móvil y oprimiendo el botón inicio en la barra de configuración principal de Data Studio. Utilice las herramientas de análisis del programa para determinar la velocidad media y aceleración media. Repita el proceso hasta completar 10 mediciones, llenando la tabla 1. Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos innecesarios.

Masa total del con junto móvil (Kg.)

Medición Velocidad máxima (m/s) Distancia recorrido (m) Aceleración

2

media

(m/s )

T iempo empleado (s)

Fuerza aplicada (N)

259.7

490.5

1

2

3

4

5

Promedio

2.022

2.023

2.010

1.998

2.015

2.014

1.2720.182

1.232 0.222

1.2330.216

1.2330.216

1.232 0.222

1.068

1.955

1.995

2.053

1.964

1.974

1.9882

1.0029


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Variación de la energía cinética del móvil al ir de la posició n (a) hasta la posición (b) (J) T rabajo total realizado sobre el móvil para lograr el desplazamiento desde (a) hasta (b) (J)

5.1.1. Con los resultados mostrados en la tabla 1, determine la relación entre la variación de la Ec y el trabajo total realizado, ¿en su opinión se cumple el teorema trabajo-energía?, ¿por qué?

5.1.2.

Utilice los datos posición-tiempo y realice una gráfica fuerza-posición, ¿qué determina el área bajo la curva?

5.1.3.

En el experimento realizado, ¿diría usted que la fuerza ejercida por la masa colgante es conservativa o disipativa?, explique su respuesta.

Verificación del teorema del trabajo y la Ek . Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y seguidamente reconocerá el sensor de fuerza (Tiro positivo, con 2 decimales) y el sensor de movimiento previamente insertado a la interfase Power Link. Ahora teniendo cuidado de que la cuerda no haga ningún ángulo con la superficie, arrastre la masa como se ve en la figura 3, mientras hace esta operación su compañero grabará los datos en la computadora.

Se sugiere colocar una masa de 0.5 Kg. sobre el móvil y usar un alambre (no usar cuerda) para una mejor toma de datos.


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Con los datos proporcionados por los sensores de fuerza y movimiento puede calcular tanto la energía cinética del móvil, así como la potencia desarrollada por la fuerza como funciones del tiempo. Para tal fin abra una grafica Fuerza vs posición y trate que la fuerza aplicada sea constante y halle el promedio. 859.7gr 0.629 en función de la potencia 0.631 de la velocidad

total del conjunto móvil (Kg.)

Fuerza aplicada promedio (N)

Masa

Medición

Velocidad máxima (m/s)

859.7

490.5

1

2

3

4

5

149.52

149.54

149.67

145.6

122.5

1.272-0.182

1.289-0.232

1.255-0.215

1.274-0.201

1.294-0.209

Distancia

recorrido (m)


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Variación de la energía cinética del móvil al ir de la posición (a) hasta la posición (b) (J) Trabajo total realizado sobre el móvil para lograr el desplaza miento desde (a) hasta (b) (J)

4.2.1. ¿El trabajo calculado como integral de la fuerza respecto de la distancia es igual a aquel calculado como la integral de la potencia respecto al tiempo? Entregue los valores y el error porcentual. 4.2.2. ¿Cómo pueden presentarse los resultados para demostrar el teorema del trabajo y la energía cinética? 4.2.3. ¿Las fuerzas de rozamiento juegan un papel importante en esta experiencia? Justifique su respuesta.


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6. CONCLUSIONES 7. BIBLIOGRAFIA y

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y

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EL HOMBRE Y LA FISICA Salvador R. Y Rogelio Mtz. Ed. Patria Segunda Edición Pág. De la 11 a la 25 FISICA CONCEPTOS Y APLICACIONES Saúl E. Tippens Ed. Mc-GrawHill Primera Edición Pág. 56 - 89 INSTRUCTIVO DE LABORATORIO DE FISICA EXPERIMENTAL 2 Miguel García Morales y José Luis Morales Hernández Capitulo 1 Pág. De la 19 a la 20 TEORIA Y PROBLEMAS DE ESTADISTICA Spiegel Ed. Mc-GrawHill Segunda Edición Capitulo Dos Pág. 35, 36, 44. www.monografias.com www.fisica.net


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Experiencia 2


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Experiencia 2 Dato 5


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Dato 4


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Dato 3


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