INFORME LABORATORIO N°7 para FISICA II-2

LABORATORIO DE FISICA II

PFR Página 1/14 Código :

Tema: TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGIA

Semestre: Grupo

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Lab. Nº :

G06212 II D M8

INTRODUCCIÓN.1. OBJETIVOS 



Comprobar la relación entre el trabajo aplicado sobre un objeto y la variación e su energía cinética. Realizar cálculos cinemáticos basándose en consideraciones mecánicas para los materiales y accesorios usados.

2. MATERIAL Y EQUIPO 

Computadora personal con programa Data Studio instalado.



Sensor de fuerza (Dinamómetro).



Sensor de movimiento.



Móvil PASCAR.



Polea.



Pesas con portapesas.



Cuerda.



Regla.

3. INDICACIONES INDICACIONES DE SEGURIDAD 

Implementos Implementos de seguridad de uso obligatorio

dinámicas

y

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N° 1 2

M8

Análisis de Trabajo Seguro (ATS) TAREAS

Recoger materiales y equipo Armado del equipo

RIESGOS IDENTIFICADOS

MEDIDAS DE CONTROL DEL RIESGO

Caída de objetos, choque con Caminar con cuidado, algún compañero, rasguños. ayuda de un compañero. Caída de algún fierro en los pies, choques.

recibir

Usar zapatos de seguridad, trabajar ordenadamente.

3

Realización del laboratorio

Choques, golpes con algún Trabajar ordenadamente para no compañero. entorpecer el trabajo.

4

Desarmado del equipo

Caída de algún equipo en los pies.

Usar zapatos de seguridad, hacerlo con cuidado y calma.

5

Devolución de equipo y materiales

Caída de objetos

Sujetar firmemente, evitar tropezarse, colocar en el lugar indicado.

6

Orden y limpieza

Golpear a alguien con algún útil de limpieza o chocarse.

Caminar con ordenadamente.



cuidado

Advertencias ADVERTENCIA







Leer detalladamente el procedimiento y verificar el correcto funcionamiento de los equipos entregados. Identificar las conexiones entre los equipos y que estén debidamente guiadas para evitar provocar accidentes. Antes de encender el equipo, el profesor del curso debe verificar las conexiones y dar su visto bueno.

y




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4. BASE TEORICA

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5. PROCEDIMIENTO Teorema trabajo y energía

Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento 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 CONFIGURACION, seleccionamos posición, velocidad y aceleración, además modificamos la frecuencia de registro y la llevamos hasta 50 Hz.

Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Grafico sobre el icono sensor de movimiento y seleccionamos la grafica 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 la aceleración media. Repita el proceso hasta completar 10 mediciones, llenando la tabla 1.Borre las mediciones incorrectas, no almacene datos innecesarios.

TABLA 1 Masa total del conjunto móvil (kg): 250gr Medición 1 2 3 Velocidad 0.83 0.89 0.87 máxima (m/s) Distancia recorrida 0.524 0.579 0.604 (m) Aceleración media 1.2 1.0 1.1 (m/s2) Tiempo 0.54 0.60 0.57 empleado (s) Fuerza aplicada 0.1643 0.1710 0.1566 (N) Trabajo Total (J) 0.0861 0.0990 0.0946



0.1182

0.0892

0.0893

4

5 0.89

0.89

0.573

0.60

1.0

1.0

0.76

0.70

0.1728

0.1650

PROM (J)

0.0990

0.0990

0.0956

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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 desplazamiento desde (a) hasta (b) (J)

              

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 interface Power Link. Ahora teniendo cuidado de que la cuerda no haga ningún ángulo con la superficie, arrastre la masa como ve en la figura 3, mientras hace esta operación su compañero grabara los datos en la computadora. 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 elija el tramo en el cual la fuerza aplicada sea constante y realice el ajuste lineal para identificar la función lineal, esta expresión debe ser comparada con los valores obtenidos para la energía cinética desarrollada en ese tramo, luego realice el grafico Trabajo vs. Tiempo y determine el valor de la potencia desarrollada por el móvil.

TABLA 2 Masa total del conjunto móvil (kg):250gr + 500 gr = 0.750 kg 1 2 3 4 5 Medición Velocidad máxima 0.3500 0.4 0.36 0.41 0.4 (m/s) Distancia recorrida 0.4950 0.468 0.435 0.511 0.532 (m) Fuerza aplicada 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 (N) Trabajo Total (J) 0.0990 0.1030 0.0870 0.1022 0.1064



0.0459

0.0600

0.0486

0.0630

0.0600

PROM (J) 0.0995 0.0555

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

0.0555 J

0.0.995 J

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6. CUESTIONARIO 6.1. Tomando en cuenta el proceso Teorema trabajo energía responda:

6.1.1. Con los resultados mostrados en la tabla 1, determine la relación entre la variación de la E c y el trabajo total realizado, ¿En su opinión se cumple el teorema trabajo – energía? ¿Por qué? Se cumple el teorema porque el trabajo efectuado por la fuerza total sobre una partícula es igual al cambio de energía cinética de la partícula. 6.1.2. Utilice los datos posición – tiempo y realice una grafica fuerza – posición, ¿Qué determina el área bajo la curva? El area bajo la curva determina el trabajo

6.1.3. En el experimento realizado, ¿Diría usted que la fuerza ejercida por la masa colgante es conservativa o disipativa?, explique su respuesta. Es conservativa porque el peso está realizando un trabajo positivo, manteniendo constante la energía; una fuerza es conservativa cuando se comporta con las mismas características que las fuerzas peso y fuerza elástica.

6.2.Tomando en cuenta el proceso Verificación del teorema del trabajo y la Ek responda: 6.2.1. ¿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

 ∫         ∫     

   

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Utilizamos la función área y nos proporciona un trabajo igual a:

    Error porcentual:

              6.2.2. ¿Cómo pueden presentarse los resultados para demostrar el teorema del trabajo y la energía cinética? D dos formas: gráficas de Fuerza en función de la posición o de la potencia en función del tiempo, en ambos gráficos calcular el área nos permite conocer el trabajo y al mismo tiempo la variación de la energía cinética. 6.2.3. ¿Las fuerzas de rozamiento juegan un papel importante en esta experiencia? Justifique su respuesta. Si, porque la fuerza de fricción actúa en contra de la fuerza que le aplicamos , dándonos un trabajo en contra, por lo que el trabajo total es menor que el trabajo aplicado solo por la fuerza, lo cual se observa en la diferencia que existe entre la variación de la energía cinética y el trabajo realizado por la fuerza.

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7. APLICACIÓN DE MATLAB 7.1.Problema 01: Resolver con Matlab y representar en forma grafica las magnitudes correspondientes. Un trineo de 8 kg. Se encuentra inicialmente en reposo sobre una carretera horizontal. El coeficiente de fricción cinética entre el trineo y la carretera es 0.4. el trineo se empuja a lo largo de una distancia de 3 m. con una fuerza de 40 N que forma un ángulo de 30° con la horizontal. a. Determinar el trabajo realizado por la fuerza aplicada. b. Determinar el trabajo de fricción. c. Calcular la variación de energía cinética experimentada por el trineo. d. Determinar la velocidad del trineo después de recorrer la distancia de 3 m. CODIGO clear clc m=8; u=0.4; N=9.81*8; Fr=u*N; F=40; Fx=40*cosd(30); Wfr=Fr*3; Wfx=Fx*3; Ek=Wfx-Wfr; FR=Fx-Fr; a=FR/8; Vf=sqrt(a*3); disp('el trabajo de la fuerza es:') disp(Wfx); disp('el trabajo segun la fuerza de rozamiento es:') disp(Wfr); disp('la variacion de la energia cinetica es:') disp(Ek); disp('la velocidad a la que recorre en 3 m es:') disp(Vf); v=0:0.01:1.1200; e=8*(v.^2)/2; plot(v,e,'gd'); grid on; xlabel('velocidad'); ylabel('espacio');

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SOLUCION el trabajo de la fuerza es: 103.9230

el trabajo segun la fuerza de rozamiento es: 94.1760

la variacion de la energia cinetica es: 9.7470

la velocidad a la que recorre en 3 m es: 1.1038

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7.2.Problema 02: Resolver con Matlab y representar en forma grafica las magnitudes correspondientes. Un objeto se desliza sin rozamiento a lo largo de la pista indicada en la figura. Inicialmente está en el punto P y se lanza hacia abajo con una velocidad V 0. Describir el movimiento con todo el detalle que se pueda, si V 0=7 m/s y V 0=12 m/s. ¿Cuál es la mínima velocidad necesaria para que el objeto sobrepase el punto Q?

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8. CONCLUSIONES 





Se comprobó que el trabajo y variación de la energía cinética están relacionados, al ejercer una fuerza que vence el reposo de un objeto se realiza un trabajo, relacionando de esta forma la fuerza y la distancia desplazada del objeto, pero al mismo tiempo estamos haciendo variar la energía cinética mientras el objeto se desplaza, por este motivo podemos concluir que siempre que haya trabajo, existirá energía cinética. Se realizó cálculos cinemáticos basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesorios usados. El teorema del trabajo nos ayuda a relacionar magnitudes escalares como la masa con magnitudes vectoriales como la velocidad, y poder calcular de forma directa el trabajo realizado sin necesidad de recurrir al cálculo de las fuerzas que actúan sobre el móvil o cuerpo en experimentación.

9. OBSERVACIONES 





Fue necesario colocar un pedazo de papel en la parte posterior del móvil que se encontraba más cerca al sensor de movimiento para mejorar la medición de datos efectuada por el sensor de movimiento. Se debe colocar el sensor d fuerza en cero para evitar errores en las mediciones. Hubo dificultades al momento de armar el sistema porque una polea era demasiado grande y no se pudo crear un ángulo entre la superior y la inferiror con facilidad.

10.BIBLIOGRAFIA 

Todas las imágenes mostradas fueron tomadas por el grupo de trabajo, durante la misma experimentación realizada el día 4 de Noviembre 2013 en el laboratorio M8 en TECSUP; a excepción de alguna que poseen su propia fuente.



GUIA DE LABORATORIO DE FISICA II.2013.TECSUP.

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