INFORME DE LABORATORIO DE FISICA"TEOREMA DE TRABAJO Y ENERGIA"INTEGRANTES:Llanos Alban, Jair Jimenez Estrada, JorgeRodriguez Campos, EliMendoza Mendoza, JohnSalón: 308, Turno: MañanaEscuela: Ingeniería IndustrialProfesor: Víctor AstoñaupaINFORME DE LABORATORIO DE FISICA"TEOREMA DE TRABAJO Y ENERGIA"INTEGRANTES:Llanos Alban, Jair Jimenez Estrada, JorgeRodriguez Campos, EliMendoza Mendoza, JohnSalón: 308, Turno: MañanaEscuela: Ingeniería IndustrialProfesor: Víctor Astoñaupa
INFORME DE LABORATORIO DE FISICA
"TEOREMA DE TRABAJO Y ENERGIA"
INTEGRANTES:
Llanos Alban, Jair
Jimenez Estrada, Jorge
Rodriguez Campos, Eli
Mendoza Mendoza, John
Salón: 308, Turno: Mañana
Escuela: Ingeniería Industrial
Profesor: Víctor Astoñaupa
INFORME DE LABORATORIO DE FISICA
"TEOREMA DE TRABAJO Y ENERGIA"
INTEGRANTES:
Llanos Alban, Jair
Jimenez Estrada, Jorge
Rodriguez Campos, Eli
Mendoza Mendoza, John
Salón: 308, Turno: Mañana
Escuela: Ingeniería Industrial
Profesor: Víctor Astoñaupa
INTRODUCCIÓN:
Si una fuerza externa está actuando sobre un cuerpo produciendo un cambio en su energía cinética, esta variación representa el trabajo neto que actúa sobre el cuerpo. Así se define el teorema del trabajo y la energía cinética, dos conceptos indispensables en el estudio de la física mecánica. El desarrollo de esta teoría se empezó a gestar en el siglo XIX por el matemático francés Gaspard - Gustave Coriolis.
En este teorema establece que, en ausencia de fuerzas no conservativas, el trabajo hecho por la resultante de fuerzas externas sobre un cuerpo de masa m es igual al incremento en la energía cinética del cuerpo. Podemos escribir esto en forma matemática como:
W = K – Ko = ΔK
Si halamos un carrito a lo largo de un plano horizontal, sin fricción, con una fuerza externa constante, el trabajo hecho por la fuerza será igual al cambio en la energía cinética del sistema.
El trabajo y la energía están profundamente relacionados, pero cuando hablamos de trabajo no nos estamos refiriendo a la labor que desempeñan los obreros o cuando nos referimos a energía no esa que según los comerciales televisivos perdemos al envejecer.
No, el trabajo en física se trata de que la fuerza que se aplique sobre el cuerpo, y la distancia recorrida por efecto de la fuerza que se aplica. También debemos considerarse un detalle, el desplazamiento que se produce debe tener la misma dirección de la fuerza aplicada.
OBJETIVOS DEL INFORME DEL LABORATORIO:
Verificar el teorema del trabajo y la energía, y comparar los resultados obtenidos con las predicciones teóricas.
Realizar cálculos cinemáticos basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesorios usados.
Comprobar si algunas fórmulas generales se cumplen para cualquier experimento.
Afianzar conocimientos en temas que no hemos profundizado, y despejar ciertas dudas respecto a la materia.
Realizar una investigación profunda acerca de temas tales como, trabajo, potencia y energía, ilustrando la importancia de estos.
Alcanzar los logros perdidos en la materia, mediante este proyecto, y la sustentación correspondiente.
Comprobar la relación entre el trabajo aplicado sobre un objeto y la variación en su energía cinética.
Realizar cálculos cinemáticas basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesorios usados.
MATERIALES Y EQUIPOS:
Carril de Melamine - Aluminio:
Regla metálica de aproximadamente 1 metro:
Carro pequeño de metal más un pita de nylon:
Pesa de 0.50 kg:
Pesa de 0.46 kg:
Pesa de 0.939 kg:
Polea:
Balanza electrónica:
Cronómetro:
FUNDAMENTO TEÓRICO:
Trabajo:
Cuando se ejerce sobre el cuerpo una fuerza constante "F "que forma un ángulo α 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, es decir:
Energía Cinética:
Es la energía que tiene un cuerpo por desplazarse a determinada velocidad y su valor está dado por la relación:
K = 1 / 2 . M V 2
K = Energía cinética, M = masa, V = velocidad
Teorema de trabajo – Energía cinética:
Para un cuerpo de masa que experimenta una fuerza "F "a lo largo de una distancia X paralela a la fuerza que depende de su posición está dado por:
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Armemos el experimento de acuerdo al esquema Figura:
Consideremos al caso ideal de una carro móvil de masa M que partiendo del reposo Vo = 0 , recorre una determinada distancia x con una aceleración a debido a la fuerza F = ma , donde m, es la masa del carro. Siendo esta fuerza constante y paralela a x, donde Angulo = 0 , entonces su trabajo será :
W = F x = (m a) x
Se agregó una masa de 0.5 kg a la masa del carro, esa masa se midió en la balanza anotando en la tabla 1.
TABLA 1
M = Masa total del móvil(Kg)
1.46 kg
Se colgó un pesa m de 0.20 g en el extremo libre de la cuerda, este peso era la fuerza F = mg, para que acelere el sistema y sea fija para cada valor x.
Se marcó una primera distancia de 0.40 metros, se tomó medidas sobre los tiempos (t1, t2, t3 y t4). Anotando los datos en la tabla 2.
X (m)
0.40
0.50
0.60
0.70
t1 (s)
2"40m
2"60m
2"98m
3"10m
t2 (s)
2"46m
2"56m
2"92m
3"19m
t3 (s)
2"50m
2"58m
2"84m
2"97m
t4 (s)
2"44m
2"57m
2"89m
3"01m
t p (s)
2"48m
2"58m
2"91m
3"07m
Vf (m/s)
0.32 m/s
0.40 m/s
0.41 m/s
0.46 m/s
a (m/s2)
0.32 m/s2
0.32 m/s2
0.32 m/s2
0.32 m/s2
F = ma (N)
0.48 N
0.48 N
0.48 N
0.48 N
W = FX (J)
0.19 J
0.24 J
0.28 J
0.33 J
K (J)
0.08 J
0.12 J
0.13 J
0.16 J
Después se repitió para distancias de 0.50, 0.60, 0.70 y 0.80 metros, midiéndolos en los tiempos respectivos (t1, t2, t3 y t4). Anotando los datos en la tabla 2.
TABLA 2
Luego se calculó el tiempo promedio (tp) correspondiente a las distancias realizadas. Anotando los datos en la tabla 2.
También se calculó la velocidad final V f=2x/t y la aceleración del móvil a=m.g/M+m utilizando las ecuaciones (4) y (5). Anotando los datos en la tabla 2.
Se calculó el trabajo total (W= M.a.X) realizado por el móvil para lograr la energía en Joule (J). Anotando los datos en la tabla 2.
Finalmente se calculó la variación de la energía cinética (ΔK) del móvil, en Joule (J) usando la ecuación. Anotando los datos en la tabla 2.
Las fórmulas que se usaron para la tabla 2 son las siguientes:
Para calcular la velocidad final: V f=2x/t.
Para calcular la aceleración: a=m.g/M+m.
Para calcular la energía cinética cuando M parte del reposo: ΔK=Kf-0=Kf=1/2 M.V²f, donde g= 9.8 m/s2.
CUESTIONARIO
a. Con los resultados mostrados en la Tabla 2, entre la variación de la energía cinética y el trabajo total realizado. ¿En su opinión se cumple el teorema del trabajo - energía? ¿Por qué?
Sí. Porque En este teorema establece que, en ausencia de fuerzas no conservativas, el trabajo hecho por la resultante de fuerzas externas sobre un cuerpo de masa m es igual al incremento en la energía cinética del cuerpo.
b. ¿Cuál es su porcentaje de error obtenido en cada tramo?
No obtuvimos un % de error, ya que no fue el adecuado fue demasiado elevado.
c. Use los datos de la Tabla 2, graficar en papel milimetrado con los valores: de " F = ma " en el vertical, y " X " el eje horizontal. ¿Qué determina el área bajo la curva?
AREA: B x H 0.30 x 0.48 0.144 m2
d. ¿Las fuerzas de rozamiento juegan un papel importante en esta experiencia? Justifique su respuesta
Las fuerzas de rozamiento reducen la velocidad de los móviles en movimiento, ya que hay fricción y desacelera el viaje.
e. ¿Qué son fuerzas conservativas y no conservativas?
FUERZAS CONSERVATIVAS
Las fuerzas conservativas son aquellas en las que el trabajo a lo largo de un camino cerrado es nulo. El trabajo depende de los puntos inicial y final y no de la trayectoria.
FUERZAS NO CONSERVATIVAS
En contraposición, las fuerzas no conservativas son aquellas en las que el trabajo a lo largo de un camino cerrado es distinto de cero. Estas fuerzas realizan más trabajo cuando el camino es más largo, por lo tanto el trabajo no es independiente del camino.
f. ¿Por qué se dice que la Fg = mg es conservativa?
Porque la fuerza de gravedad es producida por la masa de la tierra y esta es constante, es decir no cambia por esta razón la gravedad también se mantiene.
g. ¿En el experimento realizado la fuerza de la masa colgante es conservativa o disipativa?
Es una conservativa ya que, fuerza es conservativa cuando el trabajo que realiza sobre un cuerpo depende sólo de los puntos inicial y final y no del camino seguido para llegar de uno a otro.
h. ¿En el experimento realizado la fuerza F = MA es conservativa o disipativa?
Es disipativa ya que, transforman la energía mecánica en calor. Ejemplo: la fuerza de rozamiento.
RESUMEN:
Realizamos la medición de tiempos para cada tramo respecto a cada distancia dada. Utilizando las fórmulas estudiadas en clase, hallamos el valor de aceleración, velocidad, etc. Según lo que se pedía.
No pudimos encontrar el porcentaje (%) de error ya que salió demasiado elevado y no es lo adecuado.
Por ello en este informe de laboratorio hemos utilizado el Teorema de Trabajo y Energía, donde en este cambio en la energía se mide a partir de todos los efectos que la partícula sufre, para el trabajo, los efectos son todas las fuerzas que se aplican sobre ella (trabajo neto o trabajo total).
El teorema del trabajo y la energía relaciona éstos dos conceptos: El trabajo efectuado por la fuerza neta sobre una partícula es igual al cambio de energía cinética de la partícula
W = K = K(2) - K(1)
En general se ha logrado elaborar un texto de ejercicios sencillo y práctico, de fácil entendimiento y dirigido a los estudiantes que inician el pre-grado de la carrera de ciencias e ingeniería.
ANALISIS DE DATOS Y CÁLCULO PEDIDO:
Con los resultados mostrados en la Tabla 2, entre la variación de la energía cinética y el trabajo total realizado. ¿En su opinión se cumple el teorema del trabajo – energía? ¿Por qué?
El error encontrado es de un porcentaje demasiado elevado.
¿Cuál es su porcentaje de error obtenido en cada tramo?
No obtuvimos un % de error, ya que no fue el adecuado fue demasiado elevado.
Use los datos de la Tabla 2, graficar en papel milimetrado con los valores: de " F = ma " en el vertical, y " X " el eje horizontal. ¿Qué determina el área bajo la curva?
AREA: B x H 0.30 x 0.48 0.144 m2
CONCLUSIONES:
Luego de lo experimentado en el laboratorio de física podemos concluir:
Aprendimos a diferenciar conceptos tales como trabajo, potencia, energía y la interacción existente entre los mismos.
Nos dejó como enseñanza a considerar la verdadera importancia que tiene con nuestro medio y nuestra carrera profesional.
A través de prácticas en laboratorios explicamos cada tema didácticamente, para dejar una clara idea de cómo estos temas están relacionadas entre sí por el movimiento.
El teorema de trabajo-energía nos dice que cuando un trabajo es realizado, hay un cambio o una transferencia de energía. Por ejemplo, una fuerza que realiza un trabajo sobre un objeto que causa que éste sea más rápido origina un incremento de la fricción cinética del objeto. En base a este concepto, en la experiencia del objeto que se desliza sobre un plano inclinado podremos calcular el valor de la fuerza de fricción del objeto y por lo tanto el coeficiente de fricción.
Hasta el momento en nuestro estudio de la física hemos estado interesados casi por completo en describir y analizar los fenómenos físicos que determinan la energía y la capacidad de movimiento de los cuerpos por medio de fuerzas y potencias.
En este laboratorio pudimos afianzar satisfactoriamente los conceptos de energía, trabajo, fuerza de fricción, fuerza de tensión, trabajo neto.
SUGERENCIAS:
Sugerencias para laboratorio de física:
El laboratorio debería de tener más ventilación, ya que es un ambiente cerrado.
Se debería contar con instrumento u objeto más adecuado para las mediciones requeridas en el informe.
Se debería tener un proyector el cual facilitaría la didáctica de la enseñanza.
El aforo debe ser solo máximo 30 personas.
Sería apropiado tener un instrumental, en cuanto a las masas, que fuera más perfecto, con menos errores.
Usar la instrumentaría correspondiente para el uso de instrumentos en el laboratorio de física
El uso del laboratorio de física, debería ser más constante, ya que en la práctica se aprendería más.
Se debería aumentar e implementar máquinas dirigidas a nuestra carrera que nos apoyen en la vida cotidiana.
Con respecto a la medición de tiempos, sería bueno implementar instrumentos más tecnológicos en la precisión de tiempos para si evitar los errores en los próximos informes de laboratorio.
