Universidad del Bio Bio Concepción
Laboratorio Nº 7 Conservación de la Energía Mecánica
Objetivo •
Demostrar que, en ausencia de fuerzas disipativas, la energía mecánica en un sistema se conserva. (Principio de conservación de la energía mecánica)
Marco Teórico •
Energía Mecánica
La rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas se denomina mecánica. En un cuerpo existen fundamentalmente dos tipos de energía que pueden influir en su estado de reposo o movimiento: la energía cinética y la potencial. Llamamos energía mecánica de un cuerpo a la suma de la energía cinética HYPERLINK "https://www.fisicalab.com/apartado/energia-cinetica" E HYPERLINK "https://www.fisicalab.com/apartado/energia-cinetica"c
y potencial Ep que posee:
Em=Ec+Ep La energía potencial, de modo general, cuenta con distintas contribuciones. En este tema nos centraremos en la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica.
Ep=Epg+Epe La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre él son conservativas. (Principio de conservación de la energía mecánica)
Procedimiento Se moverá el sistema desde el reposo y se determinará la velocidad y posición del carro para 5 puntos de la trayectoria, es decir se tomarán cinco calores de “d” (d1,d2,..,d5). Para cada uno de dichos puntos se calculará la Energía Potencial Gravitacional del punto (EP= m g(dt-di), dt es la distancia total recorrida ( en este caso es igual a d5), también se calculará la energía cinética ganada por el sistema hasta dicho punto (EC =1/2 (M+m) Vi2) . Una vez obtenidos los valores se comparan, para cada punto, el valor de la Energía Potencial y la Energía Cinética correspondiente para verificar si se cumple el Principio de Conservación de la Energía, y dentro de que rango de validez.
Actividades En su mesón usted encontrará el montaje según la figura anterior: 1.-Debe entrenarse para lanzar el carrito según las indicaciones del alumno ayudante 2.-Activar el programa Data Studio en el computador y abrir “Crear Experimento”, luego hacer doble clic sobre el sensor “Polea Inteligente” con el Mouse, este aparecerá conectado a la Interface 500 que aparece en la ventana derecha de la pantalla. 3.- Haciendo doble click sobre el sensor Polea Inteligente” aparecerá una ventana donde, abriendo en Medida deberá seleccionar dos variables para medir. “posición,canal1(m)”, con lo cual se podrá medir la posición del canal 1 en metros. 4.- Realice una medición de prueba haciendo click en el recuadro de inicio y
en el mismo instante el carro, detenga la medición cuando el carrito haya completado el trayecto fijado para el estudio del movimiento haciendo click en el recuadro detener. NOTA: para borrar los ensayos no deseados vaya al menú Experimento en la parte superior de la ventana y seleccióne “Suprimir último ensayo de datos” ó “Suprimir TODOS los ensayos de datos”.
5.- Repita la actividad N°4 un par de veces hasta que haya obtenido un buen lanzamiento. 6.-Haciendo doble click sobre la palabra Grafico, de la ventana izquierda inferior, aparecerá una ventana que le permitirá
obtener el Gráfico 1 de
posición versus tiempo. (a) Sobre el Gráfico 1 posicion versus tiempo, utilizando la herramienta inteligente, seleccione 5 puntos de la trayectoria y anote el valor de la coordenada x , es decir ti, y el valor de la posición correspondiente di. (b)
Sobre el mismo gráfico empleado de la herramienta de pendiente,
determine la velocidad de cada punto Vi, para cada punto ti considerado. (c) Del mismo gráfico determine la distancia total recorrida dt y con ella calcule la energía potencial inicial Ug =m g dt
7.- Determine la masa del carro M =…0.5 kg…………,y la masa del colgante m=…0.0168 kg…….. 8.- Calcule el valor de la Energía Potencial Remanente EPi, la Energía Cinética ECi y la Energía Mecánica Emi correspondiente a cada punto y anótelos
9.- Calcule la diferencia entre la Energía Mecánica Emi y la Energía Potencial Inicial Ug de cada punto y el porcentaje de pérdida o ganancia de energía N
Ti
Di
° 1
EP=mg(dt-
Vi
di) 0.13
0.01
16
5
0.109
ECi=1/2(M
EM=EPi+
+m) vi^2
ECi
0.18
8.74
4
10^-3
x 0.117
Ug-Emi
%
-
0.06
7x10^-
3
3 2
0.28
0.04
36
5
0.087
0.22
0.013
0.1
6
-
0.07
7x10^-
5
3 3 4
0.59
0.13
59
5
0.90
0.26
41
0
0.056
0.34
0.031
0.087
-0.01
9 0.018
0.46
0.12 9
0.05
0.068
0
-
0.11
7x10^-
4
3 5
1.20
0.42
7
0
-0.025
0.57
0.085
0.06
-0.016
3
0.36 4
10.- ¿Qué puede concluir del análisis de los resultados obtenidos? Podemos concluir que la energía mecánica del sistema se conserva en teoría, ya que en los 5 puntos estudiados del movimiento la variación de energía mecánica es mínima lo que satisface la ley de conservación de la energía mecánica.
Conclusión
