Estudio de conservación de energía

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Estudio De Conservación De Energía

Salma Isabella Quintero García1,4, Paula Betina Reyes Anaya2, Daniel Andrés Tibocha Álvarez3

Universidad Autónoma de Bucaramanga; Facultad de Ingeniería

1Ingeniería Mecatrónica

2Ingeniería en Sistemas

3Ingeniería Financiera

4squintero579@unab.edu.co

2023

Resumen

Este trabajo se llevó a cabo un sistema de rampas para demostrar cómo se aplica la ley de conservación de energía mecánica en el movimiento parabólico de un objeto. Se analiza la energía cinética, potencial y mecánica del objeto en distintos puntos de su trayectoria. Durante la práctica, se formularon diversas ecuaciones y se realizaron cálculos para lograr los objetivos planteados, mientras la recopilación de datos permitió identificar la conservación de la energía mecánica en un sistema medianamente controlado.

Palabras Claves: conservación de energía, energía mecánica, energía potencial, energía potencial, movimiento parabólico.

1. Introducción

La conservación de energía se refiere a un conjunto de medidas y prácticas diseñadas para reducir el consumo de energía sin perjudicar las actividades diarias con el objetivo de preservar los recursos naturales, reducir la emisión de gases de calentamiento invernal y mejorar la eficiencia energética.  El movimiento parabólico es útil para demostrar la conservación de energía porque, durante su trayectoria, un objeto se mueve bajo la influencia de la gravedad y la fuerza de fricción del aire, lo que permite analizar y cuantificar la energía potencial y cinética en distintos puntos de su movimiento.

En el laboratorio, durante el experimento utilizamos un sistema de rampas que efectúa un movimiento parabólico al dejar caer el objeto con una velocidad unidimensional incluida. El objetivo de este trabajo es hallar la velocidad promedio de la bola metálica que cae a intervalos de tiempo, y con la aceleración de gravedad poder comprobar la conservación de la energía mecánica de un movimiento. Y retomamos los valores aplicando las fórmulas, una vez obtenemos los datos realizamos las gráficas de comparación de la energía en diferentes puntos del sistema.

1.  Marco Teórico

El estudio de la conservación de energía implica la comprensión de varios conceptos importantes en física, especialmente en cinemática y conceptos de energías, donde se anulan fatores como las pérdidas por fricción y se desprecia la fricción del aire. La ley de conservación de la energía estipula que la cantidad total de energía en un sistema aislado permanece constante, lo que significa que la energía ni se crea ni se destruye a sí misma, sino que se transforma de una forma a otra. Esta ley es una de las leyes fundamentales de la física y se aplica a todo tipo de sistemas, desde una partícula individual hasta el universo entero.

La ley de conservación de la energía establece que, en un sistema físico completamente controlado, la cantidad total de energía, compuesta por energía cinética y potencial, permanece constante. Aunque la energía dentro de un sistema puede cambiar de una forma a otra, la energía total nunca se crea ni se destruye a sí misma. En conclusión, la energía se almacena en un sistema aislado. (Serway, 2009).

El análisis físico de la energía cinética y potencial se refiere al estudio de la energía asociada al movimiento y la posición de un objeto. Se refiere a la energía que posee un objeto como resultado de su movimiento y se puede calcular en relación con su masa y velocidad. Por otro lado, la energía potencial se refiere a la energía que posee una cosa como resultado de su ubicación o configuración en un campo de fuerza, como el campo gravitatorio. Esta energía puede convertirse en energía cinética si el objeto se mueve y el campo de fuerza se altera (Young & Freedman, 2008).

En la práctica, el análisis de la energía cinética y potencial se utiliza para entender el comportamiento de objetos en movimiento o en reposo y para resolver problemas relacionados con la conservación de la energía. Por ejemplo, en un sistema mecánico aislado, la energía total del sistema se conserva y se puede calcular sumando la energía cinética y potencial de todas las partículas en el sistema.

Además, el análisis de la energía cinética y potencial se aplica en muchos campos de la física y la ingeniería, como la mecánica, la electricidad y el magnetismo, la termodinámica y la mecánica cuántica. Su comprensión es fundamental para la comprensión de fenómenos naturales y para el diseño de tecnologías que utilizan la energía. Por lo tanto, se puede analizar matemáticamente la conservación de la energía mecánica con las siguientes ecuaciones:

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EM es igual a la energía mecánica

EC es igual a la energía cinemática

EP es igual a la energía potencial

m es igual a la masa

g es igual a la gravedad

h es igual a la altura

v es igual a la velocidad

Por lo que se usa un movimiento parabólico pues sobre en este se efectúan aspectos como altura y velocidad den todo su trayecto. Un movimiento conocido como movimiento parabólico consiste en mover un objeto en una trayectoria curva que se asemeja a una forma parabólica. Este tipo de movimiento se produce cuando un objeto es lanzado a una velocidad inicial en un ángulo determinado con la horizontal y es causado únicamente por la fuerza de la gravedad y la resistencia del aire.

El objeto se mueve simultáneamente en dirección horizontal y vertical durante el movimiento parabólico. El objeto se mueve en una dirección horizontal con una velocidad constante, mientras que se mueve verticalmente con una velocidad variable debido a la aceleración gravitacional. Como resultado, la trayectoria del objeto sigue una curva parabólica.

1. Desarrollo Experimental

Para llevar a cabo una respuesta a la situación planteada como práctica de laboratorio, se requiere el uso de una serie de herramientas de medición que buscan la integridad y un análisis a la interpretación de datos recopilados durante la experimentación. De igual manera, que los instrumentos sean el pilar demostrativo del trabajo investigativo; como se muestra en la figura 2, la metodología responde a la pregunta implícita: ¿Qué se tiene que llevar a cabo para realizar la investigación?

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