Conservación de la energía mecánica. Movimiento Parabólico

INTRODUCCIÓN

    Esta práctica será la oportunidad, a grandes rasgos, de hallar la conexión existente entre la teoría de la conservación de energía y el mundo de los fenómenos, de esta manera, en dicha práctica se identificarán los tipos de energía que participan dentro del sistema previsto, conjugando, a través de los cálculos, las ecuaciones de alcance y media aritmética correspondientes  y de forma experimental, la observación y medición del alcance del cuerpo, fundamentalmente para demostrar si la teoría concuerda con el experimento a ser realizado, teniendo en cuenta desviaciones y errores que puedan darse.

Los objetivos de la práctica serán:

• Identificar la energía del sistema en distintos puntos de la trayectoria.
• Diferenciar la energía cinética de la traslación y rotación.
• Determinar experimentalmente el alcance de un cuerpo en movimiento parabólico.
• Demostrar que se cumple la ecuación teórica para el alcance.
• Obtener la desviación estándar y el error relativo porcentual a partir de los datos obtenidos.

MARCO TEÓRICO

Conservación de la energía mecánica

    En ausencia de la resistencia del aire o de otras fuerzas disipadoras, la suma de las energías potencial y cinética es una constante, siempre y cuando no se agregue otra energía al sistema. De esta manera se entiende por conservación de la energía a la energía total de un sistema, que es siempre constante, aun cuando se trasforme la energía de una forma a otra dentro del sistema y que en este caso se refiere a la energía mecánica como el sistema compuesto por la suma de la energía potencial con la energía cinética(Tippens, 2011).

Energía total en el punto inicial = energía total en el punto final

U0 + K0 = U f + K f

Donde U=energía potencial; K=energía cinética

O, con base en las fórmulas apropiadas:

mgh0 + 1/2mv20= mghf + 1/2mv2f

Tipos de energía

1. Energía eléctrica
2. Energía lumínica
3. Energía mecánica
4. Energía térmica
5. Energía eólica
6. Energía solar
7. Energía nuclear
8. Energía hidroeléctrica
9. Energía magnética
10. Energía calorífica(Bonjorno,1996)

Movimiento Parabólico

Se entiende por movimiento parabólico, a aquel movimiento realizado por un cuerpo en cuya trayectoria esboza una parábola. De esta manera una trayectoria ideal es aquella que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. Para el estudio y comprensión del movimiento parabólico es necesario tomar el sistema de coordenadas, este es un ejemplo de movimiento de un cuerpo en dos dimensiones,  por lo que como referencia se tienen al eje x, para la dirección horizontal y el eje y, para la dirección vertical(Cromer,1986).

[pic 1]

Diferencias entre Energía Cinética de traslación y Rotación

Energía cinética de traslación

La energía cinética de traslación es aquella que posee un cuerpo por el mero hecho de encontrarse su centro de masas en movimiento(Serway,2001).      Ésta viene dada por la expresión:

[pic 2]

Energía cinética de rotación

La energía cinética de rotación es aquella que posee un cuerpo que gira en torno a un eje con velocidad angular en un momento inercial(Serway,2001). Ésta viene dada por la expresión:

[pic 3]

MATERIALES Y PROCEDIMIENTOS

• Pista de aluminio para movimiento compuesto
• Esferas (plomo/acrílico)
• Papel carbónico
• Plomada niveladora
• Hojas blancas
• Cinta métrica

   Se dispuso a armar el esquema propuesto, ver anexo, luego se dedujo teóricamente la ecuación para el alcance del sistema.

Se procedió a medir y registrar los valores Y1 e Y2, para dar inicio a continuación al abandono desde el reposo a la esfera, se midió 15 veces y registró los valores del alcance de X.

Se pasó a calcular el valor promedio de X, la desviación estándar de los datos, el valor del alcance mediante la ecuación, el error relativo porcentual del alcance experimental con respecto al alcance calculado. Por último se realizó el diagrama del cuerpo libre de la esfera, en los puntos A y B del esquema.

RESULTADOS

Tabla de lanzamientos

DISCUSIÓN

    Las 15 veces que la esfera fue abandonada demostraron que siempre habrá variaciones en las mediciones de los alcances. Es por ello que el valor de las medidas registradas durante las pruebas se tienen en cuenta para hallar la media aritmética, la desviación estándar y que estas solo deben ser tomadas como una cantidad aproximada a la ‘’real’’ del fenómeno estudiado tal como ocurre con el valor teórico. Es por ello que se conjugan ambos valores, tanto el experimental como el teórico para hallar el error relativo y tener un resultado más acertado.

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