ENERGIA POTENCIAL Y CINÉTICA PRACTICA 10
ALEXANDRA ANGARITA CALA JUAN DAVID VILLALOBOS DANIELA MOVILLA NAVAS GOMER DAVID GARCÍA LEIDY JIMÉNEZ MORA
LAB DE FISICA MECANICA GRUPO: GD
ING. IGNACIO CAMACHO
UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE FISICA BARRANQUILLA 27-05-2013 1
CONTENIDO
PAG
INTRODUCCION
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OBETIVO GENERAL Y ESPECIFICOS
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MARCO TEORICO ENERGIA
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TRABAJO
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POTENCIA
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ENERGIA POTENCIAL
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ENERGIA CINÉTICA
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ENERGIA POTENCIAL GRAVITACIONAL
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LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA
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ALGUNAS CLASES DE ENERGIA ENERGIA TERMICA
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ENERGIA ELECTRICA
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ENERGIA RADIANTE
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ENERGIA NUCLEAR
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PRACTICA ENERGIA POTENCIAL Y CINÉTICA MATERIALES
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DESCRIPCION DE LA PRÁCTICA
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TABLA, GRAFICA Y CALCULOS
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CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
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RESPUESTAS A LA HOJA DE EVALUACION
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RESPUESTAS AL CUESTIONARIO
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INTRODUCCION De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que interesan a la mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinámica de Newton, el estado mecánico de un cuerpo, de modo que éste puede cambiar porque cambie su posición o porque cambie su velocidad. La forma de energía asociada a los cambios en el estado mecánico de un cuerpo o de una partícula material recibe el nombre de energía mecánica. De acuerdo con esta definición, la energía mecánica puede presentarse bajo dos formas diferentes según esté asociada a los cambios de posición o de velocidad. La forma de energía asociada a los cambios de posición recibe el nombre de energía potencial y la forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de energía cinética.
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OBJETIVO GENERAL Experimentar diversos tipos de energía y la transformación de unas a otras en este caso la Energía Cinética Y Potencial que experimenta un Carrito Experimental
OBJETIVOS ESPECIFICOS Deducir la fórmula de la energía cinética. Calcular la energía potencial de la más de un cuerpo y determinar la energía cinética del sistema.
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MARCO TEORICO ENERGIA La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc. En física la energía es uno de los conceptos básicos debido a su propiedad fundamental: La energía total de un sistema aislado se mantiene constante. Por tanto en el universo no puede existir creación o desaparición de energía, sino transferencia de un sistema a otro o transformación de energía de una forma a otra. La energía, por lo tanto, puede manifestarse de distintas formas: potencial, cinética, química, eléctrica, magnética, nuclear, radiante, etc., existiendo la posibilidad de que se transformen entre sí pero respetando siempre el principio de la conservación de la energía. La energía es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos pueden transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad de energía que se pone en juego, se cede o se recibe.
El minúsculo átomo: enorme fuente energética
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TRABAJO El trabajo realizado por una fuerza es el producto entre la fuerza y el desplazamiento realizado en la dirección de ésta. Esta dada por la siguiente ecuación.
T=F·d
Trabajo = Fuerza • Distancia
Se deben de cumplir tres requisitos: Debe haber una fuerza aplicada La fuerza debe ser aplicada a través de cierta distancia (desplazamiento) La fuerza debe tener una componente a lo largo del desplazamiento. En unidades del SI el trabajo se mide en Newton por metro. Esta unidad se llama Joule (j). Un joule es igual al trabajo realizado por una fuerza de un newton al mover un objeto a través de una distancia paralela de un metro. POTENCIA Se denomina potencia al cociente entre el trabajo efectuado y el tiempo empleado para realizarlo. En otras palabras, la potencia es el ritmo al que el trabajo se realiza.
( ) ( )
( )=
La unidad de potencia se expresa en Watt, que es igual a 1 Joule por segundo
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ENERGÍA POTENCIAL La energía potencial es aquella que tiene un cuerpo debido a su posición en un determinado momento. Por ejemplo un cuerpo que se encuentra a una cierta altura puede caer y provocar un trabajo o un resorte comprimido o estirado puede mover un cuerpo también produciendo trabajo. La energía potencial la consideramos como la suma de las energías potencial gravitatoria y potencial elástica, por lo tanto
= ENERGIA CINETICA Es la misma energía potencial que tiene un cuerpo pero que se convierte en cinética cuando el cuerpo se pone en movimiento (se desplaza a cierta velocidad). De modo general, un cuerpo de masa m que se mueve con velocidad v, tiene una energía cinética dada por la fórmula
= E c = Energía cinética m = masa v = velocidad
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ENERGIA POTENCIAL GRAVITACIONAL Es la energía que posee un cuerpo (una masa) cuando se encuentra en posición inmóvil. De modo general, esto significa que un cuerpo de masa m colocado a una altura h, tiene una energía potencial calculable con la fórmula
=
La fórmula debe leerse como: energía potencial gravitacional (Epg) es igual al producto de la masa (m) por la constante de gravedad (g = -9.8 m/s2) y por la altura (h).
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LEY DE CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA La ley de conservación de la energía, también conocida como primer principio de la termodinámica establece que “aunque la energía se puede convertir de una forma a otra no se puede crear ni destruir”. La energía es la capacidad de los cuerpos o sistemas de cuerpos para efectuar un trabajo. Todo sistema que pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos o químicos que no son más que manifestaciones de alguna transformación de la energía, pues esta puede presentarse en diferentes formas: cinética, potencial, eléctrica, mecánica, química. Siempre que se produzca una cantidad de una clase de energía se deberá consumir una cantidad exactamente equivalente de otra clase o clases. Cuando un sistema se encuentra en un estado particular se caracteriza por un valor de su energía interna que es la sumatoria de la energía cinética y potencial de todas las partículas que componen el sistema. Al tomar la energía interna como un todo, no es necesario especificar los diferentes tipos de energía intrínsecos de las partículas componentes. Esto significa que cualesquiera que sean las interacciones del sistema con los alrededores, la energía que este cede o recibe de ellos se traduce exclusivamente en un aumento o disminución de su energía interna (U) lo cual simplifica extraordinariamente el estudio del sistema y sus interacciones. La energía interna (U) se mide en Joule (J).
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ALGUNAS CLASES DE ENERGIA
ENERGIA TERMICA La energía térmica es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a su diferencia de temperaturas. También recibe el nombre de calor. La unidad de la energía térmica es el julio, pero aún se sigue utilizando la unidad histórica del calor, la caloría. Cuando dos cuerpos se ponen en contacto térmico, fluye energía desde el que está a mayor temperatura hasta el que está a menor temperatura, hasta que ambas se igualan. La energía térmica Q que interviene en una variación de temperatura ΔT de un cuerpo de masa m es: Q = m·c·ΔT Donde c es la capacidad calorífica específica del cuerpo. ENERGIA ELECTRICA La energía eléctrica es la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos y obtener trabajo. La energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica. La electricidad se genera a partir de otras fuentes de energía, principalmente en: centrales hidroeléctricas donde se usa la fuerza mecánica de agua o en centrales termoeléctricas donde se produce electricidad a partir del carbón, petróleo y otros combustibles. También puede generarse a partir de la Energía Eólica, Solar y Biomasita entre otras.
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ENERGIA RADIANTE La energía radiante es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. ENERGIA NUCLEAR La energía radiante es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno.
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PRACTICA MATERIALES
Carrito experimental Generador de marcas de tiempo Cinta registradora Pasador Pesas de ranura 50g Platillos para pesas de ranura 1g Polea D=65mm Mango para polea Fuente de alimentación Carril, 1000 mm
DESCRIPCION DE LA PRÁCTICA La práctica consistió en determinar la velocidad (v) del carrito después del punto E (mitad del carril), y se va determinar la energía cinética que tiene el sistema compuesto por el carro y la pesa que está halando el carro y la energía potencial de esta pesa. Se ubicó el carro de una forma tal que el cordel estuviera tensionado y que la pesa de 50 gramos quedara a una altura de 10 cm respecto del suelo, luego se ubicó el sensor de luz en un punto fijo establecido previamente, a partir de allí mida 10 cm hasta donde se unía el tornillo del electroimán con el tornillo del carro.
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DATOS EXPERIMENTALES
GRAFICA
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DATOS CASSY LAB
GRAFICA CASSY LAB
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CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES A mayor velocidad más energía cinética tendrá el cuerpo. A mayor altura más energía potencial tendrá el cuerpo La posición de un objeto es relativa, así que la posición origen del objeto se puede considerar de potencial 0 haciendo positivo a un lado y negativo al otro lado. La energía no se pierde, sino que se transforma.
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RESPUESTAS A LA HOJA DE EVALUACION 1. a. Calcula ∆s y ∆t la velocidad V y llévala a una tabla. b. Calcula la energía potencial Epot de la masa acelerada.
2. Calcula V2 y traza un diagrama de Epot (EJE VERTICAL) y V2 (EJE HORIZONTAL)
3. Determina la pendiente. Compara el resultado con la masa de todo el sistema. ¿Qué resulta? =
=
=
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=
4. Con base a la tabla. ¿Qué diferencia encuentra entre Epot y Ecinet? En base a la tabla encontramos que la energía potencial fue siempre mayor que la energía cinética y consideramos que esto se debe a que la fuerza potencial actúa una aceleración gravitacional. RESPUESTAS AL CUESTIONARIO 1. En la siguiente figura la esfera tiene un peso de 10N y se encuentra en las tres posiciones que allí indican. Donde tiene mayor energía Potencial la esfera, Explique.
La energía potencial de la espera no es mayor en ninguna de las figuras anteriores, pues ella mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Y en las 3 figuras la posición de la esfera es la misma, lo que vendría siendo la misma energía potencial.
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2. La energía química de los combustibles también es energía potencial. Cómo explicaría usted esta afirmación La energía química es la energía que aparece en las reacciones químicas cuando se unen compuestos. Esta energía se almacena en los compuestos químicos como energía química potencial, y puede ser liberada por reacciones químicas posteriores. Por ejemplo la comida es energía química, los alimentos que comemos almacenan energía que se libera en la digestión. Esa energía que contienen los alimentos se miden en kilocalorías. También se libera energía al quemar sustancias químicas en el proceso de la combustión Los combustibles son compuestos químicos que liberan calor a través de la combustión La energía química potencial que contienen se libera como calor y como energía lumínica.
3. Cuál es la fuente primordial de la energía geotérmica? La energía geotérmica se produce por una corriente subterránea de agua. Que pasa cerca de un yacimiento de cal viva (hidróxido de calcio) que hace que hierba el agua y produce una corriente de vapor que se aprovecha en la superficie del terreno para producir electricidad por medio de una turbina de vapor. Por lo tanto se dice que la fuente primordial de esta energía es el calor y se presenta por medio de manifestaciones que van ligadas a la temperatura que este tenga sea muy baja, baja, media o alta.
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4. a) ¿si una fuerza realiza un trabajo positivo sobre una partícula que inicialmente esta en reposo como seria su energía cinética? Partiendo de que
=
Y si esta fuerza hace que la partícula adquiera una determinada velocidad su energía sería igual a la masa de la partícula sobre la velocidad que le aplique la fuerza.
b) Si a esta partícula se le permite empujar algún obstáculo ¿Cómo sería el trabajo de la partícula y del obstáculo? Si esta partícula además empuja, después del impulso, algún obstáculo, el trabajo de la partícula justo antes de empujar el obstáculo sería igual al trabajo inicial del obstáculo. c) La energía cinética de la partícula aumentara o disminuirá? La Ecin inicial seria mayor que la segunda Ecin, debido siempre a que hay una disminución de la velocidad debido al choque. 5 ¿si sobre un cuerpo actúa una fuerza para moverse sobre una superficie y a la vez la fuerza de rozamiento, cuál de ellas escogería para determinar el trabajo realizado. Se debe determinar la fuerza neta, es decir la sumatoria de fuerzas. Restar la fuerza de rozamiento de la fuerza para desplazar y esta será la fuerza para determinará el trabajo neto. F neta = F + Fr, pero al ser contraria la fuerza de rozamiento la tomamos como negativa. Entonces F neta = F – Fr. Por ende escogería las dos ya que ambas fuerzas tienen la misma dirección del desplazamiento.
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