Transformación de energía potencial gravitacional en cinética

Informe de laboratorio de física

Transformación de energía potencial gravitacional en cinética

Practica N#10

DAMARIZ CAROLINA ASANZA MATAMOROS

carolina.asanza95@ucuenca.ec

JUAN DIEGO AUCAPIÑA GUAMAN

                juan.aucapina@ucuenca.ec

MANUEL GUSTAVO ZHINDON SUMBA

manuel.zhindons96@ucuenca.ec

RESUMEN

El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el no En todos los casos donde actúen fuerzas conservativas, la energía mecánica total, es decir, la energía cinética más la energía potencial en cualquier instante de la trayectoria es la misma; por ejemplo, la fuerza gravitacional, pues en cualquier trabajo que realice un cuerpo contra la fuerza de gravedad de la Tierra, la energía se recuperará íntegramente cuando el cuerpo descienda.

 PALABRA CLAVE: Energía, Cambio, Velocidad.

1. INTRODUCCION

El propósito de esta actividad es investigar el cambio de la energía potencial gravitacional, en energía cinética, tanto traslacional como rotacional. Colocar una masa colgante a la polea en un sensor de movimiento rotacional. Dejar car la masa provocando la rotación del disco.

Utilizar el sensor de movimiento rotacional para medir el movimiento de una masa descendente y el movimiento de un disco rotante. Utilizar DataStudio para registrar y mostrar la posición y velocidad de la masa colgante y la velocidad angular del disco rotante. Calcular la energía cinética traslacional de la masa descendente, y el cambio de energía potencial gravitacional de la masa colgante.

1. OBJETIVO

• Comprobar la conservación de la energía mediante la verificación de la conversión de la energía potencial gravitacional en energía de traslación y rotacional.

1. MARCO TEÓRICO

La energía potencial gravitacional de un objeto depende de su peso y su distancia vertical relativa a un punto de referencia (usualmente la superficie de la tierra). La energía potencial gravitacional es:

[pic 1]

Donde m es la masa del objeto y g es la aceleración debida a la gravedad. La energía cinética de un objeto rodante depende de su inercia rotacional, I y su velocidad angular, w. la energía cinética rotacional es:

[pic 2]

Como el objeto cae, tiene una energía cinética translacional.

[pic 3]

Donde m es la masa del objeto, y ve es su velocidad.

La velocidad angular w, del disco rotante está relacionado con la velocidad lineal, v del objeto que cae: donde r es el radio de la polea sobre el sensor de movimiento rotacional. [pic 4]

[pic 5] fig. 1: Conservación de la energía

3.1 PREGUNTAS PREVIAS

Todos hemos jugado en nuestra niñez con un carrito con motor de engranajes. Dar una explicación teorica-fisica, desde un punto de vista energético, del funcionamiento del motor, y el juguete como tal. Se apreciara que la explicación contenga fotos, gráficos y se enuncien los principios físicos que a su criterio intervienen en el proceso.

El funcionamiento del motor del carro funciona con una batería que le da energía para los engranes del motor se muevan y con ello se muevan las llantas de carro para que se pueda mover.

En el funcionamiento del motor intervienen la energía cinética rotacional y la energía cinética que hacen posible que sea un sistema conservativo.

[pic 6]

fig. 2: movimiento de los engranes.

1. ECUACIONES

[pic 7]

        [pic 8][pic 9]

[pic 10][pic 11]

1.  EQUIPOS Y MATERIALES

Tabla 1: Lista de materiales.

1. PROCEDIMIENTO

Instalación del experimento

1. Instalar la interface PASCO, el computador e iniciar  DataStudio.
2. Conectar el Sensor de Movimiento Rotacional a la interface.
3. Abrir el archive de  DataStudio : 29 GPE to KE.ds.

• El archivo DataStudio tiene una tabla que muestra la velocidad angular, velocidad, y posición; y un gráfico de velocidad angular - tiempo. El registro de datos se pone a  20 Hz para el Sensor de Movimiento Rotacional y la “Calibración Lineal” se pone para “polea media” (ranura media) y “Divisiones /Rotación” se coloca en 360.

1. Montar el Sensor de Movimiento Rotacional en un soporte de modo que la polea se ubique en la parte alta (polea superior).
2. Colocar otra polea en el otro extremo del sensor (ver la figura).
3. Utilizar un hilo 10 cm más largo que la distancia entre el piso y la polea. Amarrar un extremo del hilo al filo de la ranura media de la polea (utilizar pequeño orificio al borde para amarre del hilo) de pasos sobre el Sensor de Movimiento Rotacional. Envolver el hilo sobre la polea superior.
4. Amarrar el otro extremo del hilo a la masa colgante. Ajustar el ángulo de la polea superior de modo que el hilo sea tangente a la polea de pasos y en la mitad de la ranura sobre la polea superior.
5. Sacar el tornillo de la polea de pasos sobre el Sensor de Movimiento Rotacional. Colocar el disco sobre la polea y asegurar el disco con el tornillo.

[pic 12]

Procedimiento

Parte 1: Masa colgante = 10 g

1. Ajustar el soporte colgante con el hilo. Hacerlo de tal manera que el soporte no toque el piso en su posición más baja.
2. Colocar 5 g (0.005 kg) al soporte de masa de manera que la masa total sea de 10 g (0.010 kg).
3. Rotar el disco para enrollar el hilo alrededor de la polea de pasos hasta que el soporte colgante de masa este cerca de la polea vertical. Mantener el disco en esta posición.
4. Comenzar el registro de datos. Click ‘Start’ en DataStudio.

Luego que el registro de datos comienza, soltar el disco y dejar que la masa caiga mientras el Sensor de Movimiento Rotatorio mide el movimiento.

1. Detener el registro de datos justo antes de que la masa alcance su posición más baja. Detener el disco.

“Run #1” aparecerá en la lista de datos.

1. Liberar el soporte de masa colgante y medir su masa total. Registrar la masa.

[pic 13]

Figura 7.

Parte 2: Masas colgantes diferentes

1. Repetir el proceso de registro de datos pero cambiando la masa colgante a 15 g (0.015 kg) que da 20 g (0.020 kg) con el soporte.
2. Medir la masa total luego de cada corrida.

CALCULOS:

1. Use los datos de la tabla para determinar lo siguiente:

• Cambio en la posición de la masa colgante (∆h)
• Velocidad lineal final de la masa colgante (v)
• Velocidad angular final del disco rotante (.[pic 14]
• Estadísticas para cada columna se muestran al final de la tabla.

1. Registra la máxima velocidad angular del disco rotante, máxima velocidad lineal de la masa colgante, cambio máximo de posición de la masa colgante.
2. Repetir el proceso para otras masas.
3. Usar los datos para calcular la energía cinética rotacional, la energía cinética traslacional, y el cambio de energía potencial gravitacional para cada corrida.
4. Compare la energía cinética total (rotacional mas traslacional) con el cambio en la energía potencial gravitacional.
5. Calcular la diferencia entre KE y GPE.

RESULTADOS

Gráfico de la velocidad angular versus tiempo para los datos de una corrida.

[pic 15]

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