Práctica 5 - INTERACCION MATERIA Y ENERGIA

LICENCIATURA EN QUIMICA

INTERACCION MATERIA Y ENERGIA

REPORTE PRACTICA NO. 5

INTRODUCCIÓN

Cuando la fuerza es aplicada a un resorte, la extensión resultante o compresión del resorte mantiene una relación lineal con la fuerza aplicada. Esto es llamado la ley de Hooke y puede ser escrita así:

F=kΔx

Donde F es la fuerza aplicada, Δx es la extensión o compresión del resorte medida desde su longitud no deformada y k es la constante de resorte. La energía potencial (U) almacenada en el resorte es dada por:

[pic 1]

La energía potencial elástica es energía almacenada que resulta de aplicar una fuerza para deformar un objeto elástico. La energía queda almacenada hasta que se quita la fuerza y el objeto elástico regresa a su forma original, haciendo un trabajo en el proceso. La deformación puede implicar comprimir, estirar o retorcer el objeto. Cuando la deformación va más allá del límite elástico, el objeto ya no vuelve a su forma original. En generaciones anteriores, los relojes de cuerda accionados por muelles en espiral eran accesorios populares.

[pic 2]

OBJETIVOS

Objetivo general:

• Mediante el desarrollo de la práctica, el estudiante comprobará la ley de Hooke y su importancia dentro de los materiales sometidos a esfuerzos.

Objetivos Específicos:

• Mediante las mediciones de los experimentos de la práctica, calcular la constante de resorte.
• Mediante los resultados obtenidos en el desarrollo de la práctica, calculará la energía potencial almacenada en el resorte.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD PRÁCTICA

Para esta práctica virtual, se usará un simulador de PheT. Lo primero será comprobar la ley de Hooke, la cual menciona que el alargamiento unitario que experimenta un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada sobre el mismo. Pero la forma más común de representar matemáticamente la Ley de Hooke es mediante la ecuación del muelle o resorte, donde se relaciona la fuerza (F) ejercida por el resorte con la elongación o alargamiento (∆x) provocado por la fuerza externa aplicada al extremo de este:

F=kΔx

Experimento 1

Usaremos dos resortes, uno con una constante elástica de 250 N/m y el otro con una constante elástica de 750 N/m, ambos serán sometidos a una fuerza de 100 N. Se tomarán los datos y serán sustituidos en la ecuación descrita anteriormente, asegurándonos de que se cumpla la igualdad.

Experimento 2

Usaremos un total de 7 resortes con constantes de elasticidad diferentes, a los cuales los someteremos a una fuerza de 100 N cada uno. Extraeremos los datos sobre su desplazamiento y haremos una tabla comparativa.

Experimento 3

Usaremos los valores obtenidos en el experimento dos, para calcular la energía potencial almacenada en el resorte y compararemos con los datos que nos da el simulador, con la finalidad de verificar que sean correctos.

RESULTADOS

Experimento 1

[pic 3]

Si sustituimos los valores obtenidos del resorte uno, tendremos que:

F=[pic 4]

100 N= (250 N/m)(0.400 m)

100 N= 100 N

Observamos que se cumple la equivalencia, por lo tanto, nuestro experimento confirma la validez de la ley de Hooke. Volvamos a verificarlo una vez más, pero esta vez con los valores del segundo resorte.

F=[pic 5]

100 N= (750 N/m)(0.133 m)

100 N  99.75 N[pic 6]

Podemos percibir que hay un pequeño margen de error, ya que la equivalencia no se cumple al 100%, esto se debe a que el simulador no tiene una precisión mayor a 3 cifras decimales cuándo se trata medir la elongación del resorte y 0 cifras decimales al momento de medir la constante elástica y la fuerza aplicada. Podemos concluir que, el valor real de la fuerza que experimenta el resorte es de 99.75 N, pero también, es válido decir que la constante de elasticidad del resorte, cuándo se le aplica una fuerza de 100 N, es de 751.88 N/m.

Experimento 2

A continuación, se muestra una imagen de los resultados obtenidos cuándo la constante de elasticidad fue de 100, 250 y 450 N/m respectivamente:

[pic 7]

Con sólo observar los resultados, podemos ver que mientras más aumenta la constante de elasticidad, más fuerza se necesita para lograr una deformación significativa en el resorte. Cabe mencionar que algunos valores no pudieron ser exactamente de 100 N, ya que la precisión del simulador no permitía que se llegará a ese valor, por lo que se usó una fuerza de 101 N para algunos casos, sin embargo, esta variación no es significativa al momento de cuantificar los datos en la tabla:

Los datos recopilados de los 7 resortes se plasman en la siguiente tabla:

Experimento 3

Para obtener la energía potencial (U) almacenada en el resorte, usaremos la fórmula  Los cálculos para cada resorte desde el número 1 al 7 son los siguientes:[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

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