Informe Trabajo I Energia

EXPERIMENTO 3

Trabajo y Energía

Objetivo Temático

Estudio del movimiento de un cuerpo usando conceptos de Trabajo y Energía

Objetivo Específico

Verificación experimental del Teorema Trabajo-Energía y la conservación de la Energía.

Material

Tablero con superficie de vidrio y conexiones para circulación de aire comprimido.

Disco de metal (Puck).

Chispero eléctrico de frecuencia constante.

Un nivel de burbuja

Pesas de 50, 100 y 200 g

Un paleógrafo.

Regla de 1 m milimetrada

Un Soporte Universal

Dos resortes

Fundamento Teórico

El trabajo realizado por una fuerza al desplazar un cuerpo de masa m podemos expresar como

W=∑_(k=1)^n▒〖F_k.∆s_k 〗 I

además se demuestra que el Teorema Trabajo-Energía es

W=E_Cf-〖EC〗_Ci=∆E_C II

“El trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo es igual al cambio de la Energía Cinética de dicho cuerpo”

Procedimiento

Para desarrollar este experimento se cuenta con un disco de metal (Puck) que puede moverse “sin rozamiento” sobre cualquier superficie plana, debido a que se le inyecta aire a presión a fin de elevarlo a menos de 1 mm de altura, evitándose de esta manera el contacto del disco con la superficie, consiguiéndose de esta manera que se desplace prácticamente sin rozamiento, además un sistema eléctrico y un disco que al desplazarse registra una trayectoria señaladas con puntos.

Calibración de los resortes

Con los resortes entregados identifique cada uno de ellos y encuentre sus constantes elásticas, para esto suspenda un resortes y un peso (use masas de 150, 200, 250, 300 y 350 gr) en el soporte universal, medir las elongaciones y llene la Tabla N° 1 de la fuerza deformadora y elongación y por ajuste de curvas encontrar las contantes elásticas.

Coloque el papelógrafo como en la Figura 2. Mida las longitudes de los resortes sin elongación.

Marcar las posiciones de los resortes colocados en los puntos fijos A y B, además mida las longitudes de los resortes sin alongar rA y rB.

Medir la masa del disco.

Obtención de la trayectoria del disco

Fijando en puntos fijos los resortes, marcando como A y B estos puntos fijos y colocar el disco de metal (Puck) como muestra las Figura 2.

Las fuerzas elásticas resultantes de los resortes proporcionarán aproximadamente una fuerza resultante F ⃗ sobre el disco. Debido a esta fuerza el disco se desplazará marcando puntos sobre el papel a lo largo de la trayectoria del disco. Consiga que esta se traslade con un movimiento rectilíneo como muestra la Figura 2.

Medir la frecuencia del chispero con el multímetro

Procedimiento y Análisis

Elegir un porción de la trayectoria a lo largo en la cual se hallara trabajo hecho por la fuerza resultante llamemos 0 el punto inicial y 10 el punto final.

Identifique puntos medios con los números impares ejemplo 1, 3, 5. . . ., etc. (ver Fig. 2).

Medir los desplazamientos (ejemplo ΔS02) en cada par de puntos consecutivos y llene la Tabla 2 (3° columna).

Medir las elongaciones de cada resorte (ejemplo xA1 y xB1) en cada punto intermedio y llene la Tabla 2. (la 6° y 7° columna).

Usando las constante elástica del resorte y las elongaciones calcúlelas fuerzas FA, y FB respectivamente y la fuerza neta que actúa sobre el disco llene la Tabla 2 (las columnas 12, 13, 14, 15 y 16 y se sugiere proceder como en el Apéndice).

Encuentre el trabajo (W) realizado por la fuerza neta que actúa en el disco (al usar la ecuación I considerar contante la fuerza que actúa en el desplazamiento respectivo por ejemplo desde el punto 0 hasta el punto 10).

Determine la velocidad instantánea en los puntos impares y llene la Tabla 2 (la columna 4).

Encuentre la Energía Cinética del disco y llene la Tabla 2 (la columna 5).

Encuentre la Energía Potencial del disco y llene la Tabla 2 (la columna 10).

Encuentre la Energía Total del disco y llene la Tabla 2 (la columna 11).

Muestre en un solo grafico la Energía Cinética, Energía Potencial y Energía Mecánica Total en función del desplazamiento del disco.

Calcule el cambio de energía cinética durante el recorrido elegido (por ejemplo del punto 1 y el punto 9).

∆E_C=1/2 mv_9^2-mv_1^2

Compare el resultado de f) y l).

Escriba las sus conclusiones y comentarios.

Informe del Laboratorio N°3

Trabajo y Energía

Resumen:

El laboratorio N° 3 de “Trabajo y energía” consistió en la observación de una partícula (disco), unida a dos resortes de constantes elásticas diferentes, obteniendo con el chispero una línea de puntos, de la cual se extraerán datos para analizar, discutir y obtener resultados, de esta manera hacer una comparación y/o contraste entre la parte teórica y la parte experimental.

Objetivo:

General.- verificar el teorema de la conservación de la energía.

Especifico.- estudiar la conservación de la energía mecánica en el movimiento de un disco que se desplaza bajo la acción de las fuerzas ejercidas por los resortes y además Determinar la constante elástica K, mediante la ley de Hooke, es decir midiendo la proporcionalidad entre fuerzas y alargamientos.

Modelo Matemático

Trabajo realizado por una fuerza constante:

W = F x

W = (F cosα) x

Trabajo realizado por una fuerza variable:

WTOTAL= ʃFdr

dW = Fx dx

W=ʃdw

Fuerza realizada por un resorte: F = - k x

Energía cinética: de la segunda ley de Newton se tiene:

Reemplazando el trabajo total se obtiene:

La cantidad ½mv2, se llama energía cinética

Fuerzas conservativas y no conservativas:

Conservativas: WPQ (por trayectoria 1) = WPQ (por trayectoria 2)

WPQ (por trayectoria 1) = -WQP (por trayectoria

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