INTRODUCCIÓN: En el laboratorio N° N° 7 de física, comprobaremos experimentalmente el trabajo neto y la variación de la l a energía cinética, ya que en la vida diaria, cada persona, aparato, maquinaría, artefacto, etc.; siempre realiza un trabajo para poder ejercer un movimiento o una acción. Al realizar trabajo se gasta energía, y solo es considerada como trabajo si se llega a realizar el movimiento mencionado a una determinada distancia, siendo el trabajo directamente proporcional a la distancia. Por ello, en el presente laboratorio trataremos este tema, para lo cual elaboraremos el montaje establecido en la guía, recopilaremos datos del experimento y haremos los cálculos correspondientes para cumplir con los objetivos al final de la sesión.
OBJETIVOS:
Comprobar la relación entre el trabajo aplicado sobre un objeto y la variación de su energía cinética. Realizar cálculos cinemáticos basándose en consideraciones dinámicas y mecánicas para los materiales y accesorios usados.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Trabajo En física, se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza ejercida a en una determinada distancia sobre un cuerpo. Esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo. Hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones.
W = (F. cosα ).x
Hemos definido la energía cinética como la capacidad de realizar trabajo como resultado del movimiento de un cuerpo.
Teorema del trabajo energía El trabajo de una fuerza externa resultante ejercida sobre un cuerpo es igual al cambio de la energía cinética de ese cuerpo.
En muchas aplicaciones la fuerza F de la ecuación no es constante, sino varía significativamente a lo largo del tiempo. En tales casos, el teorema del trabajo energía puede aplicarse para determinar la fuerza media, que podemos considerar como la fuerza constante que realizaría la misma cantidad de trabajo. (Tippens, 2011, p.163).
La energía La energía puede considerarse algo que es posible convertir en trabajo. Cuando decimos que un objeto tiene energía, significa que es capaz de ejercer una fuerza sobre otro objeto para realizar un trabajo sobre él. Por el contrario, si realizamos un trabajo sobre un objeto, le hemos proporcionado a este una cantidad de energía igual al trabajo realizado. Las unidades energía son las mismas que las del trabajo . (Raymond, 1997, p.172).
Energía cinética, que es la energía que tiene un cuerpo en virtud de su movimiento.
MATERIALES Y EQUIPOS DE TRABAJO: Computadora personal con programa Data Studio instalado Sensor de fuerza (dinamómetro) Sensor de movimiento Móvil PASCAR Polea Pesas con porta pesa Cuerda Regla Plano inclinado (riel)
PROCEDIMIENTO 1. Encendemos la PC e instalamos el sensor rotacional al interface USB link. 2. Abrimos en software DATA STUDIO y lo configuramos para obtener las gráficas correctas. 3. Luego preparamos el montaje.
Caso 1
Colocamos el móvil a la distancia que se ve en el montaje y realizamos las mediciones con la masa 50 gramos suspendidos de hilo, la cual fue constante para todos nuestros experimentos. Iniciamos la toma de datos soltando el móvil y oprimimos el botón inicio en la barra de configuración principal de Data Studio. Para la presentación de datos primeramente se detiene el pr ograma y se selecciona el medidor de datos. Posteriormente para calcular el trabajo se ingresó a la calculadora del programa y se configuro la gráfica F(m.a) vs. X
Para culminar con las mediciones se ingresa los datos de la primera grafica encontrada y se selecciona calcular área; donde el trabajo es el área bajo la curva.
Resultados obtenidos: MASA MÓVIL 0,27 kg
Vo
Vf
Ek
ÁREA = W
Error (%)
0,10 m/s
1,20 m/s
O,193 Joule
0,190 Joule
1,55 %
Masa móvil +pesas 0,30 kg
Vo
Vf
Ek
ÁREA = W
Error (%)
0,2 m/s
1,19 m/s
0,206 Joule
0,196 Joule
4,85 %
0,37 kg
0,1 m/s
1,40 m/s
0,238 Joule
0,226 Joule
7,5 %
0,47 kg
0,1 m/s
1,13 m/s
0,270 Joule
0,29 Joule
6,89 %
Comprobación del teorema trabajo y Ek.
Para el carrito:
Grafica de posición, velocidad y aceleración del móvil en función del tiempo con masa de 0,27 Kg.
Gráficas de posición, velocidad y aceleración y el trabajo realizado por el móvil con masas variables
Gráfica de proporcionalidad entre el trabajo realizado por el móvil y la variación de la energía cinética.
CUESTIONARIO: Tomando en cuenta el proceso teorema trabajo energía responda: 1. Con los resultados obtenidos determine la relación que existe entre la variación de la Ek y el trabajo total realizado. ¿Se cumple el teorema trabajo energía?
Si se cumple ya que ambos son similarmente parecidas; por ejemplo:
Ek
ÁREA = W
O,193 Joule
0,190 Joule
Ek
ÁREA = W
0,206 Joule
0,196 Joule
0,238 Joule
0,226 Joule
0,270 Joule
0,29 Joule
En los ejemplos se observa una alta similitud, pero sus variaciones se debe a que no está considerado el trabajo realizado por la fuerza de fricción.
2. Utilice los datos posición – tiempo y la gráfica fuerza posición ¿Qué determina el área bajo la curva? Representa el trabajo como se muestra en el siguiente ejm: Y = F(N) ; X =
X(m)
3. En el experimento realizado ¿La fuerza ejercida por la masa colgante es conservativa o disipativa? Es disipativa porque mientras más distancia recorra, el t rabajo también aumenta a su vez.
4. El trabajo calculado como integral de la fuerza respecto a la distancia es igual a aquel calculado como la integral de la potencia respecto al tiempo. Si Porque fuerza respecto a la distancia da Nm;
; donde el tiempo se va. ∫ ∫ ∫
Y potencia respecto al tiempo da:
5. Las fuerzas de rozamiento juegan un papel importante en esta experiencia. Si juegan un papel importante porque a su vez que la fuerza realiza un trabajo; la fuerza de fricción también realiza otro trabajo en contra.
EVALUACIÓN DE RESULTADOS OBTENIDOS
Los resultados obtenidos al comienzo nos arrojan un error porcentual mayor al 15%, ya que no había precisión al momento de soltar el móvil y de detener el programa Data Studio. Sin embargo, esta dificultad logramos superar hasta llegar a un error de 1,55 %, 4,85 %. Por otro lado, se puede decir que para mayor semejanza entre la variación de energía cinética y el trabajo se debe de considerar el trabajo realizado por la fuerza de fricción contra el móvil.
CONCLUSIONES
Se logró comprobar el teorema de trabajo neto y la variación de la energía cinética, ya que el error porcentual nos arrojó 1,55 %, 4,85 % y 7,5 % esto demuestra que trabajamos correctamente. Logramos comprobar experimentalmente que el trabajo realizado sobre un cuerpo es igual a la variación de energía interna del mismo. por ejemplo, en el caso1: W =0,190 J y la = 0,193. Por lo tanto, W Se logró verificar que la masa del móvil es directamente proporcional a la energía cinética. Por ejemplo, m 1= 0,27 kg, =O, 193 J m2=0,30 kg, 0,206 J a mayor masa mayor variación de la energía cinética.
BIBLIOGRAFÍA:
Tippen .P. (2011). Física conceptos y aplicaciones. Séptima Edición. México: Mc Graw Hill. Serway. R. (1997). Física Tomo I . Colombia: Mc Graw Hill.
