Laboratorio De Fisica

INTRODUCCIÓN

A diario vemos diferentes tipos de sistemas físicos que interactúan entre sí, o con los cuales nos relacionamos, siempre en estas interacciones la energía está presente, y también esto implica la existencia de distancias, verticales o horizontales, a lo largo de las cuales aplicamos o ejercemos fuerzas, que como resultado nos implican un trabajo.

En este trabajo práctico, por medio de la simulación de situaciones físicas en software, se analizarán las relaciones teóricas y prácticas existentes entre trabajo, potencia y energía, esta última dividiéndola en sus componentes cinético y potencial.

DESARROLLO DEL LABORATORIO

Una vez instalados el software y demás complementos necesarios para la práctica, se procede a ejecutar cada una de las instrucciones dadas:

1. Examen cualitativo del movimiento en la pista parabólica

Haga clic en el botón para avanzar/detener. Arrastre el patinador con el ratón para colocarlo su punto de referencia superpuesto a la pista cerca al extremo izquierdo de ésta. El patinador adaptará su orientación a la de la pista y quedará en estado de reposo. Haga clic de nuevo en el botón para avanzar/detener y de esta forma iniciar el movimiento; el patinador quedará deslizándose de ida y vuelta a lo largo de la pista. Observe cualitativamente las variaciones en su rapidez, tanto observando directamente al patinador, como relacionando esa observación con el movimiento de la aguja del velocímetro. Explique el comportamiento del móvil en base a energía, ayudándose del gráfico de barras.

Descripción del sistema físico: consta de una pista en forma de U, un cuerpo (conformado por el patinador y su skateboard) y este sistema se modela como ideal, sin rozamiento, la gravedad que se trabajará es de g=10 m/s, en el sistema se apreciará la relación entre la energía cinética y la potencial respecto a los diferentes puntos del movimiento del patinador a lo largo de la pista. El patinador se suelta a una altura de 5 metros sobre el nivel del suelo.

Explicación:

Respecto a la rapidez del patinador, esta aumenta a medida que en su movimiento va descendiendo desde las partes altas de la pista hasta la parte más baja, en dicho punto su rapidez es la máxima, el velocímetro alcanza su máximo en dicho punto y para la configuración que muestra el pantallazo, en donde se ubicó al patinador a una altura de 5 metros al costado izquierdo de la pista en U, la velocidad máxima obtenida es de aproximadamente 10 m/s. De igual manera la rapidez disminuye a cero cuando el patinador regresa a cada extremo de la pista.

Lo anterior coincide con la ecuación de la energía total del movimiento del patinador, en donde toda la energía es potencial cuando se encuentra en la altura máxima de su movimiento, es decir en los extremos de la pista, si toda la energía es potencial significa que la cinética es cero, razón por la cual su velocidad es cero cada vez que llega a los extremos de la pista y simplemente regresa en su recorrido de la pista. Al llegar al punto más bajo, donde la altura del patinador sobre el suelo es cero, toda la energía que este tiene es cinética, ya que la energía potencial es CERO debido a que la altura es CERO. Entonces si toda la energía es cinética la velocidad del movimiento es la máxima.

Lo anteriormente explicado se ve reflejado en el comportamiento de la gráfica de barras, los máximos de la barra de energía potencial se ven al estar el patinador en los extremos, y el cero de dicha barra ocurre cuando la barra de energía cinética alcanza su máximo y está el patinador en pasando el punto más bajo de la pista en U.

2. Examen cualitativo del movimiento en la pista montaña rusa

Mediante el selector de tipo de pista, seleccione la pista montaña rusa. Efectúe el mismo procedimiento que se realizó para la pista parabólica en el ítem 1.

Descripción del sistema físico: consta de una pista en forma de U doble, como montaña rusa, un cuerpo (conformado por el patinador y su skateboard) y este sistema se modela como ideal, sin rozamiento, la gravedad que se trabajará es de g=10 m/s, en el sistema se apreciará la relación entre la energía cinética y la potencial respecto a los diferentes puntos del movimiento del patinador a lo largo de la pista, que tiene ahora 3 puntos de altura máxima a referenciar, así como 2 puntos mínimos de altura a observar. El patinador se suelta a una altura de 5 metros sobre el nivel del suelo.

Explicación: en este caso el patinador pasará por una pista en la que se tiene casi en la mitan una pequeña “montaña” y entre los puntos más extremos o altos de la pista existen también 2 puntos mínimos de altura, son las partes más bajas de cada una de las dos “U” que conforman la pista, pero estos puntos bajos tienen una diferencia de altura de aproximadamente 1,2 m. En el punto bajo de la U de la derecha, el patinador tiene una energía potencial debido a la altura del mismo, cosa que no sucede con el punto bajo de la U de la izquierda de la pista, ya que la altura de dicho punto es de CERO metros. Esto significa que la máxima velocidad la tiene el patinador en el punto más bajo de la pista, donde toda su energía es cinética, y en el otro punto más bajo de la pista su energía es una suma de la potencial y de la cinética.

Se aprecia en la gráfica anterior, que la velocidad máxima, cuando en el gráfico de barras la energía potencial es de cero, es de 10 m/s, y que ocurre en la parte baja de la “U” izquierda de la pista. En la gráfica siguiente se muestra la energía y velocidad en el punto alto de la mitad de la pista y en la parte baja de la segunda “U”, en ambos casos la energía es tanto potencial como cinética.

3. Examen cuantitativo de puntos notables en la pista montaña rusa

3.1. Punto de retorno

Las líneas de división horizontales de la cuadrícula marcan altura sobre el terreno. Coloque el punto de referencia del patinador en el punto donde la línea de altura 1 m intersecta la pista. Inicie el movimiento a partir de esa posición. Observe el punto de máximo desplazamiento en el extremo derecho del recorrido (punto de retorno). Registre su altura.

Repita el anterior procedimiento para alturas iniciales de otros valores y llene la siguiente tabla con los valores medidos para la altura del punto de retorno derecho:

Explique los resultados obtenidos en base a consideraciones de energía.

Desarrollo: al

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