Análisis del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado utilizando el teorema del Trabajo y la Energía: Estudio con la máquina de Atwood

Análisis del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado utilizando el teorema del Trabajo y la Energía: Estudio con la máquina de Atwood

A.C.Hernadez; K.D. Salazar

1. Programa de Ingeniería Industrial        2. Programa de Ingeniería Multimedia

Universidad Autónoma de Occidente, Facultad de Ingenierías, Cali,

Abril 23 de 2024,

RESUMEN

En este laboratorio se llevó a cabo un estudio del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado utilizando el teorema del Trabajo y la Energía, el cual establece una relación entre la energía cinética y el trabajo realizado por las fuerzas. La máquina de Atwood fue empleada como instrumento principal, permitiendo así analizar cómo varía la fuerza y la aceleración al modificar las masas suspendidas en una polea.

Para la realización de este laboratorio, se utilizaron diversos elementos como la Interface Universal 850 PASCO, un sensor fotopuerta con polea, un juego de masas, portamasas, hilo, balanza, regla y un computador. En una primera etapa, se configuró el programa correspondiente para

instalar el sensor fotopuerta con polea, estableciendo las condiciones de grabación necesarias para el óptimo funcionamiento del experimento. Además, se llevó a cabo la medición precisa entre la polea y la base para determinar una condición de detención basada en dicha medida, de modo que la grabación se detuviera al alcanzar una posición predeterminada por el desplazamiento del portapesas 1. Luego se procedió a pesar las masas de los portapesas con el fin de tener en cuenta este valor durante el análisis posterior. Conforme a esto, se generaron dos gráficos: uno de posición vs. tiempo y otro de velocidad vs. tiempo, con el objetivo de visualizar y analizar los datos obtenidos durante el experimento de manera clara y precisa.

RESULTADOS

[pic 1][pic 2]

Gráfico 1. Posición Vs. Tiempo        Gráfico 2. Velocidad Vs Tiempo

Tras obtener los resultados y compararlos con lo visto en clase, el Gráfico 2 muestra el comportamiento esperado: una línea recta. Esto se evidencia con la aplicación de un ajuste lineal, cuya pendiente positiva indica una aceleración también positiva. Además, se observa que esta aceleración varía conforme se incrementa la masa en cada ensayo. Con respecto al Gráfico 1, al tener el mismo movimiento pero no los mismos parámetros nuestra gráfica presentó una parábola, lo que significa que el portapesas 2 está acelerando.

Avanzando en el análisis, se utilizó la herramienta Calcular de la interfaz, la cuál nos ayudó hallar la energía cinética de la masa total suspendida en el portapesas 2 de la siguiente manera:

[pic 3]

Imagen 1. calculación de la energía cinética mediante la herramienta Calcular

dando como resultado los siguiente mostrado en la Gráfica 3:

[pic 4]

Gráfico 3. Energía cinética Vs Posición para todos los ensayos.

Con esta gráfica se pudo encontrar la fuerza neta sobre la masa M2 . Para esto fue necesario analizar los valores presentes en ella. En todos los ensayos se observa una línea recta, esto indica que la fuerza aumenta linealmente con la posición. Es importante recordar que la fuerza neta es la suma de todas las fuerzas que

actúan sobre un cuerpo, además, la pendiente de la línea recta representa la razón de cambio de la fuerza con respecto a la posición. Con esto en mente, se relacionan las variables de la energía cinética con las de la ecuación lineal:

[pic 5]

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏

↓        ↓        ↓

𝐾 = ∆𝑥        𝐾𝑜

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 · ∆𝑥 · 𝑐𝑜𝑠0 = ∆𝑘

𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 · ∆𝑥 · 1 = ∆𝑘 𝐹𝑛𝑒𝑡𝑎 =  ∆𝑘 [pic 6]

[pic 7]

DISCUSIÓN

TABLA 1. FUERZA NETA

𝑚2 (𝑘𝑔) : 0. 010

Cómo se debe calcular la Fuerza neta sobre la masa total suspendida en el portapesas 2 usando la segunda Ley de Newton y la gráfica de Velocidad Vs Tiempo, se relaciona las variables de la gráfica con la ecuación de velocidad:

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