Práctica No 11: Conservación de la energía cinética

• Práctica No 11: Conservación de la energía cinética.

Uno de los principios más generales de la física es el principio de la conservación de la energía, también conocido como la primera ley de la termodinámica, el cual establece que la cantidad total de energía en un sistema físico aislado (es decir, sin interacción alguna con otros sistemas) permanecerá igual, excepto, cuando se transforme en otros tipos de energía.

El anterior principio permite plantear que la energía no puede ni crearse ni destruirse en el universo, únicamente se transformar en otras formas de energía; un ejemplo de ello sería la trasformación de la energía química en energía mecánica, eólica en eléctrica entre otras.

En contexto con el desarrollo de la práctica se presenta las siguientes definiciones

Energía: Es una medida del cambio impartido a un sistema y que se puede transferir mecánicamente a un objeto cuando una fuerza trabaja sobre dicho objeto (Bueche, 2007).

Energía potencial: Es la energía que poseen los objetos en función de un sistema de referencia, está definido como la posición de un objeto con respecto al origen del sistema. Un ejemplo de este tipo de energía, es la energía potencial gravitatoria, la cual, está presente en todos los cuerpos que se encuentran dentro del campo gravitatorio terrestre y por lo tanto, están sometidos a la fuerza gravitatoria.

Energía cinética: Los cuerpos adquieren energía cinética al ser acelerados por acción de fuerzas, es decir, cuando se realiza un trabajo sobre ellos. Esta energía depende del movimiento de los objetos y la expresión que permite ser calculada está dada en términos de las velocidades de estos.

Para el caso de esta sesión se relaciona el intercambio entre la energía cinética y energía potencial gravitacional, a partir del estudio del uso del péndulo simple. Despreciando las fuerzas de fricción entre la esfera y el aire, el desplazamiento real del péndulo viene relacionado por el ángulo de abertura , donde el movimiento es de carácter bidimensional. Los desplazamientos son básicamente horizontales, el balanceo del péndulo depende del hecho de que existe un ascenso y descenso del centro de masas produciendo una transformación de la energía potencial gravitatoria  en energía cinética . [pic 1][pic 2][pic 3]

De hecho; el péndulo simple se adecúa para el análisis del principio de conservación de la energía mecánica, considerando que este movimiento es un sistema conservativo, esto es, que la magnitud de la energía mecánica inicial es igual a la magnitud de la energía mecánica final [pic 4]

Por otro lado, el cambio de la energía potencial gravitatoria del péndulo, se expresa mediante la ecuación  :[pic 5]

[pic 6]

Cuando se desplaza desde una altura  inicial hasta la posición más baja a una altura , en ausencia de fuerzas de fricción (como el aire), el aumento de su energía cinética , viene determinado por la expresión:[pic 7][pic 8][pic 9]

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