CAMBIO DE LA ENERGÍA POTENCIAL

TEMA : CAMBIO DE LA ENERGÍA POTENCIAL

OBJETIVOS

Investigar los cambios de energía potencial elástica en un sistema masa-resorte.

Estableces diferencias entre la energía potencial elástica y la energía potencial gravitatoria.

EXPERIMIENTO

MODELO FISICO

En física, el movimiento circular uniforme describe el movimiento de un cuerpo atravesando, con rapidez constante, una trayectoria circular.

Aunque la rapidez del objeto es constante, su velocidad no lo es: La velocidad, una magnitud vectorial, tangente a la trayectoria, en cada instante cambia de dirección. Esta circunstancia implica la existencia de una aceleración que, si bien en este caso no varía al módulo de la velocidad, sí varía su dirección.

Ángulo y velocidad angular

El ángulo abarcado en un movimiento circular es igual al cociente entre la longitud del arco de circunferencia recorrida y el radio.

La longitud del arco y el radio de la circunferencia son magnitudes de longitud, por lo que el desplazamiento angular es una magnitud adimensional, llamada radián. Un radián es un arco de circunferencia de longitud igual al radio de la circunferencia, y la circunferencia completa tiene radianes.

La velocidad angular es la variación del desplazamiento angular por unidad de tiempo:

Partiendo de estos conceptos se estudian las condiciones del movimiento circular uniforme, en cuanto a su trayectoria y espacio recorrido, velocidad y aceleración, según el modelo físico cinemático.

Vector posición

Se considera un sistema de referencia en el plano xy, con vectores unitarios en el sentido de estos ejes . La posición de la partícula en función del ángulo de giro y del radio r es en un sistema de referencia cartesiano xy:

Al ser un movimiento uniforme, a iguales incrementos de tiempo le corresponden iguales desplazamientos angulares, lo que se traduce en:

De modo que el vector de posición de la partícula en función del tiempo es:

siendo:

: es el vector de posición de la partícula.

: es el radio de la trayectoria.

: es la velocidad angular (constante).

: es el tiempo.

Periodo y frecuencia

El periodo representa el tiempo necesario para que el móvil complete una vuelta completa y viene dado por:

La frecuencia mide el número de revoluciones o vueltas completadas por el móvil en la unidad de tiempo y viene dada por:

Obviamente, la frecuencia es la inversa del período:

Fuerza Centrípeta

Es la fuerza resultante de todas las fuerzas en dirección radia que actúan sobre un cuerpo en movimiento circular, es la responsable del cambio de velocidad en dirección y (sentido).

Cuando una masa M se mueve describiendo un movimiento circular uniforme, sobre esta actúa una fuerza dirigida hacia el centro de curvatura llamada fuerza centrípeta. Por la Segunda Ley de Newton, la magnitud de es, donde ac es la aceleración dirigida también hacia el centro de curvatura, siendo esta aceleración la responsable del cambio de dirección de la velocidad. Frecuentemente a esta aceleración se le llama aceleración centrípeta.

Donde v es la rapidez (constante) y R es el radio de la trayectoria circular.

De otro lado, la magnitud de la aceleración centrípeta es ac= 2R=42f2R

Donde  es la velocidad angular y f es la frecuencia.

Luego, la fuerza centrípeta se expresa también como:

Fc= 42f2RM

MATERIALES

Equipo completo de movimiento circular.

Juego de pesas

Porta-pesas

Regla

Balanza

Cronómetro

RANGO DE TRABAJO

Caso 1

Rango Mínimo Máximo

R(m) 0.164 0.164

M(Kg) 0.4524 0.4524

f(s-1) 1.180 1.230

Fc (N) 4.08 4.43

Caso 2

Rango Mínimo Máximo

R(m) 0.160 0.160

M(Kg) 0.4524 0.4524

f(s-1) 1.188 1.205

Fc (N) 4.03 4.15

Caso 3

Rango Mínimo Máximo

R(m) 0.155 0.155

M(Kg) 0.4524 0.4524

f(s-1) 1.154 1.168

Fc (N) 3.69 3.75

Caso 4

Rango Mínimo Máximo

R(m) 0.170 0.170

M(Kg) 0.4524 0.4524

f(s-1) 1.265 1.280

Fc (N) 4.86 4.97

Tercera parte con una masa adicional de 100 g

Rango Mínimo Máximo

R(m) 0.170 0.170

M(Kg) 0.5524 0.5524

f(s-1) 1.265 1.280

Fc (N) 4.86 4.97

Variables dependientes e independientes

Variables dependientes independientes

Para la Fuerza centrípeta F(s-1), R(m), M(Kg) Fc (N)

Para la aceleración centripeta Vt, R(m) Ac(m/s2)

Análisis

Recomendación cada caso corresponde a un radio determinado de giro, por lo que debe hacer las medidas para cada parte del procedimiento sin variar el radio.

PRIMERA PARTE: Determinación del valor de la fuerza centrípeta a partir de medidas de la frecuencia f, del radio R y de la masas M del móvil.

Antes de operar el equipo determine el valor de la masa M haciendo uso de la balanza.

Desconecte el resorte de la masa. Elija un radio de giro mediante el indicador. Ajuste los tornillos que aseguren la base del indicador. Con la regla mida dicho radio.

Corra el eje del cual pende la masa M (móvil), hasta que el indicador coincida con la punta del extremo inferior de esta masa. Ajuste el tornillo en dicha posición.

Corra el contrapeso hasta que lo ubique aproximadamente a la misma distancia del eje vertical como lo esté la masa M hasta lograr el equilibrio y luego ajuste el tornillo del contrapeso en dicha posición.

Vuelva a conectar el resorte a la masa M.

Haga rotar el eje vertical

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