Laboratorio sobre la rueda de maxwell

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Laboratorio sobre la rueda de maxwell.

Luis Cuervoa, Kenner Péreza, Sergio Jimeneza, Jorge Martineza, Edil Melob.

a Estudiante de segundo semestre del programa de Ingeniería Civil.

b Docente de la facultad de ciencias exactas.

Octubre 2016.

Resumen: Durante la realización del laboratorio de la rueda de maxwell se utilizaron los principios de la energía para determinar la inercia de un cuerpo, el cual consistió  en medir el tiempo que tarda la rueda de maxwell en pasar por el sensor a una altura determinada, registrando tres tiempos; este procedimiento se realizó cinco veces variando las alturas. En este experimento se puede calcular la aceleración, el momento de inercia, la energía potencial y la cinética a partir de la medida del tiempo que tarda en descender la rueda con siete alturas diferentes. Al hacer la gráfica podremos comprobar el principio de la conservación de la energía.

Palabras clave: el momento de inercia, la energía potencial, la cinética y principio de la conservación de la energía mecánica.

Abstract:  During the realization of the maxwell wheel laboratory use the principles of power to determine the inertia of a body, which consisted of the time it takes the wheel of maxwell in the corridor by the sensor a certain height, recording three times This procedure Was performed five times in the heights. In this experiment you can calculate the acceleration, the moment of inertia, the power of the potential and the kinetics from the time it takes to descend the wheel with seven different heights. When doing the graph we will be able to verify the principle of the conservation of the energy.
Keywords: Acceleration, moment of inertia, potential energy, kinetics and principle of conservation of mechani-cal energy.

1. Introducción: en el siguiente laboratorio se estudiara el momento de inercia de la rueda. Este es una medida de la resistencia de un objeto a verificar cambios en su momento de rotación. Es la analogía rotacional de la masa. El momento de inercia depende de la distribución de la masa dentro del objeto respecto al eje de rotación. Cuanto más lejos está la masa del eje, mayor es el momento de inercia. Así, al contrario que la masa de un objeto, que es una propiedad del mismo objeto, su momento de inercia dependerá también de la localización del eje de rotación.

También en este experimento se busca comprobar el principio de la conservación de la energía, que es una ley física que postula que la energía no puede ser creada ni destruida, sólo se transforma de una forma en otra.

2. marco teórico: 

2.1. Rueda de maxwell: Una cuerda está enrollada a un disco de masa m y radio r. Se sujeta la cuerda por su extremo y se suelta el disco. Veremos como el disco cae a la vez que va girando sobre su eje. El movimiento del disco es similar al de un juguete popular hace años denominado "yo-yo", o a la denominada rueda de Maxwell, que se utiliza en una práctica de laboratorio para comprobar la conservación de la energía.

2.2. Energía de translación: Sea un cuerpo de masa m, cuyo centro de masa se mueve con una velocidad v. Su energía cinética de traslación es aquella que posee este cuerpo por el mero hecho de encontrarse su centro de masas en movimiento.

Ecuación 1:

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2.3. Energía de rotación: Sea Un cuerpo de momento de inercia (o inercia rotacional), el cual se mueve respecto a su centro de masa con una velocidad angular ω (que será la misma en cualquier punto del cuerpo que consideramos ya que se trata de un cuerpo rígido no deformable). Su energía cinética de rotación es aquella que posee este cuerpo por el mero hecho de encontrarse en movimiento circular respecto a su propio centro de masas.

Ecuacion 2:

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2.4. Energía potencial: Definimos la energía potencial como aquella que poseen los cuerpos por el hecho de encontrarse en una determinada posición en un campo de fuerzas.

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Fuente: https://curiosoando.com/cual-es-la-diferencia-entre-energia-cinetica-y-energia-potencial

2.5. Momento de inercia: El momento de inercia (símbolo I) es una medida de la inercia rotacional de un cuerpo. Cuando un cuerpo gira en torno a uno de los ejes principales de inercia, la inercia rotacional puede ser representada como una magnitud escala.

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Fuente: http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?id=133161

2.6. Velocidad angular: Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo, y es una medida de la velocidad de rotación.

2.7. Aceleración angular: es la variación que experimenta la velocidad angular respecto al tiempo.

2.8. Velocidad instantánea: La velocidad instantánea es el límite de la velocidad cuando el tiempo tiende a cero, tendremos la velocidad media más límite de cuando el tiempo tiende a cero nos queda derivada de x respecto a t.

2.9. Giroscopio: Aparato consistente en un disco circular que gira sobre un eje libre y demuestra la rotación del globo terrestre.

3. metodología:

Materiales:

• Soporte universal
• Regla
• Rueda de Maxwell
• Contador/medidor digital
• Nivel

Montaje experimental:

Se armó un sistema como lo muestra la imagen. Para estudiar la conservación de la energía en un sistema.

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Fuente: propia.

Se colocó la rueda de maxwell a cierta altura y se tomó el tiempo en que esta pasaba por la foto sensor. Lo que se hacía con esto era:

Se sabe que la energía se conservara, por lo tanto, aquí empieza con energía potencia y finaliza con energía cinetica, esta estará denotada por: [pic 8]

Donde Ip es el momento de inercia de una parte exterior de la rueda y el Wf es la velocidad angular final.

Esta velocidad angular final es igual a: vf/ radio. Esa velocidad final es igual a el grosor de la rueda que es la que pasa por el foto sensor sobre el tiempo.

Para hallar el momento de inercia de p se debe hallar primero el momento de inercia del centro de masa que esta denotado por: , esto se le suma la masa por d al cuadrado, aquí d es el radio de la rueda.[pic 9]

4. resultados experimentales:

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