Práctica conservación de la energía

En este trabajo se usa este principio para poder medir la energía inicial de nuestro sistema y comprobar que es válido este modelo. En el experimento usaremos la relación entre energía mecánica y potencial para analizar cómo se da el intercambio de energía entre ambas usando una pelota soltada desde una rampa y que posteriormente describía un movimiento semi-parabólico de caída libre. La pelota se soltó desde diferentes alturas y en cada una se repetía el experimento cinco veces. Las caídas de las pelotas tuvieron cierta variación a la hora de medir la distancia a la que caían, pero a lo más eran de centímetro y medio la diferencia entre estas. Conforme disminuíamos la altura a la que era arrojada la pelota, la distancia que estas alcanzaban también era menor, que era lo que precisamente buscábamos. Aunque hubo variaciones en las medidas, si se puede concluir que la energía mecánica se conserva. La variabilidad de los resultados se debe a que no se tomó en cuenta la fricción y posiblemente a la forma de la rampa desde la que era soltada.

1. Introducción

El principio de conservación de la energía mecánica es bastante útil en la física, nos permite relacionar los cambios de la energía cinética y potencial de manera bastante sencilla debido a que se tiene que la energía total del sistema siempre es constante.

Esta ley afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado permanece invariable con el tiempo, aunque esta energía puede transformarse en otro tipo de energía^[1], es decir, y como seguramente habrás oído antes, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Para nuestro estudio estamos únicamente considerando la mecánica newtoniana y en este caso se puede comprobar para sistemas simples de partículas en el caso de que todas las fuerzas deriven de un potencial, es decir, un sistema de partículas puntuales.^[2]

Hay que poner especial atención de que no solamente la energía se conserva, ya que también el momento y el momento angular son cantidades “conservativas” pero solamente son exactas para un sistema aislado, por lo que no debe de existir rozamientos o intervención de algún trabajo externo.

1. Teoría

Tomamos como base el concepto de energía potencial y cinética además de la conservación de la energía.
El trabajo realizado por fuerzas que ejercen su acción sobre un cuerpo o sistema en movimiento se expresa como la variación de una cantidad llamada energía cinética, cuya fórmula viene dada por:

 [pic 1]

La energía potencial es aquella que depende de la configuración del sistema, en el caso de la gravitación tenemos que  todo cuerpo sometido a la acción de un campo gravitatorio posee una energía potencial gravitatoria, que depende sólo de la posición del cuerpo y que puede transformarse fácilmente en energía cinética. La fórmula en este caso viene dada por:

[pic 2]

Uno de los principios básicos de la física sostiene que la energía se transforma de unos estados a otros. Así, en un sistema aislado, la suma de energías cinética y potencial entre dos instantes de tiempo se mantiene constante y vendría dada por:

[pic 3]

De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la inversa, pero la suma de ambas siempre se conserva (cuando el sistema está aislado y no hay pérdidas).

Cuando el sistema no está aislado se presenta fricción sobre el mismo sistema.

Cuando se presenta fricción dada la estructura del objeto la energía se distribuye en otros movientos. Un ejemplo claro es una esfera donde se presenta un movimiento rotacional y no solo traslacional.

1. Experimentación

Para el experimento fueron necesarios los siguientes materiales:
Flexometro, balanza, papel carbón, rampa, regla de 30 cm, cinta adhesiva.
La balanza se utilizó para medir la masa del balín la cual fue de 28.38 g.
En la imagen 1 se aprecia que se tienen dos alturas, la H que inicialmente fue de 13.7 cm y la altura h  de 63 cm

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