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• Karen Gordillo Ramos

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FÍSICA GENERAL CÓDIGO: 100413

Tarea 3 - Unidad 3 - Teorema de Conservación.

Presentado al tutor: Juan David Cañon

Entregado por el estudiante: Valentina Giraldo Garcia Código: 1000852168

Grupo: 100413_306

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA 02/05/2021 Samaná Caldas

INTRODUCCIÓN

En la introducción, el estudiante redacta con sus propias palabras la importancia que tiene la realización de la tarea 3 de la unidad 3 “Teoremas de Conservación”. En el momento de organizar el texto de la introducción, debe tener presente qué, si utiliza algunos apartes de fuentes externas, debe citarlas y, además, incluir la fuente de consulta en la lista de referencias bibliográficas haciendo uso de las normas APA. NOTA: Es necesario que borre el presente párrafo en el momento en que defina el contenido de la introducción que incluirá en el trabajo, excepto el título “INTRODUCCIÓN”

DESARROLLO DE LA TAREA 3 “TEOREMAS DE CONSERVACIÓN” 1. Tabla de respuestas del ejercicio 1. Preguntas que debe responder en el vídeo y justificar utilizando el simulador Conociendo la masa, la gravedad y la elongación del resorte, calcule el valor de la constante del resorte. Muestre el procedimiento matemático y complete la tabla. A. Parte 1 Masa Gravedad Elongación del resorte Constante del resorte (cm) (K) 100 gr

0,8

3 cm

2,66 N/m

100 gr

18

61 cm

2,95 N/m

100 gr

28

94 cm

2,97 N/m

Para hallar la constante despejamos la ecuación de fuerza en este y

∑ f y=f k −mg=0 kx −mg=0 k=

mg x

Ahora vamos a convertir las medidas de gramos en kg y cm en metros

100 gr=0.1 kg 3 cm=0.03 m 61 cm=0.61 m 94 cm=0.94 m Ahora reemplazamos valores

k 1=

0,1 kg∗0,8 m/ s2 =2,66 N /m 0,03 m

k 2=

0,1 kg∗18 m/s 2 =2,95 N /m 0,61 m

k 2=

0,1 kg∗28 m/s 2 =2,97 N /m 0,94 m

¿Qué relación existe entre el valor de la gravedad y el valor de la elongación del resorte? Justifique su respuesta. Respuesta: Hay una relación constante a medida que aumenta la

gravedad va aumentar la elongación del resorte según lo que se ve en el ejercicio Parte 2 Masa Gravedad

Elongación del resorte (cm)

Constante resorte (K)

58gr

Tierra m/s2)

(9.8

19 cm

2,99N/m

180g r

Tierra m/s2)

(9.8

60 cm

2,94N/m

280g r

Tierra m/s2)

(9.8

92 cm

2,98N/m

del

Convertimos Hallamos la constante del resorte:

k=

mg x

B.  Convertimos medidas:

58 gr=0,058 kg 180 gr=0,18 kg 280 gr=0,28 kg

19 cm=0,19 m 60 cm=0,6 m 92 cm=0,92 m

Ahora reemplazamos:

k 1=

0,058 kg∗9,8 m/s2 =2,99 N /m 0,19 m

k 2=

0,18 kg∗9,8 m/s2 =2,94 N /m 0,6 m

k 3=

0,28 kg∗9,8 m/s 2 =2,98 N /m 0,92 m

¿Qué relación existe entre el valor de la masa y el valor de la elongación del resorte? Justifique su respuesta.

Respuesta: A medida que el valor de masa aumenta el valor de la elongación del resorte también aumenta Con los valores de las tablas de los literales A y B, utilice la ecuación de la energía potencial elástica y determine su valor. Respuesta: La ecuación de energía potencial es

C.

1 E p = k x2 2 Para la tabla A: 1 E p 1= 2,66∗0,032 =0,001197 j 2 1 E p 2= 2,95∗0,612=0,548 j 2 1 E p 3 = 2,97∗0,94 2=1,395 j 2 Para la tabla B: 1 E p 1= 2,99∗0,192=0,053 j 2 1 E p 2= 2,94∗0,62=0,529 j 2 1 E p 3 = 2,98∗0,922=1,261 j 2

¿Cuál es el valor de la energía cinética en la posición de equilibrio? Justifique su respuesta Respuesta: el valor de la energía cinética en la posición de equilibrio es cero, esto se debe a que el movimiento es casi nulo ¿Qué sucede con el valor de la energía total del sistema durante todo el E. movimiento? Justifique su respuesta Respuesta: durante todo el movimiento la energía total del sistema cambia de energía cinética a energía potencial lo cual genera una pérdida de energía por el rozamiento con el aire. Copie aquí el enlace del vídeo: Formule aquí una pregunta a los estudiantes que revisaran su video para que ellos den respuesta en el foro después de ver su video  D.

Tabla 1. Respuestas a las preguntas del ejercicio 1.

2. Desarrollo de los ejercicios 2, 3 y 4. Ejercicio 2. Teorema de conservación de la energía mecánica y aplicaciones. Un estudiante de la UNAD decide realizar un movimiento vertical para el estudio de la energía mecánica. Para ello, lanza una esfera de masa 480 g, hacia arriba con una velocidad inicial 28,0 m/s, y considerando el valor de la gravedad como 9,81 m/s2. 

El estudiante se propone:  a. Calcular el valor de la energía cinética y el valor de la energía potencial en su momento inicial b. Calcular el valor de la energía cinética y el valor de la energía potencial a una altura 18,0 m c. El estudiante ingresa los datos obtenidos en el presente ejercicio a un ordenador y obtiene las siguientes gráficas en virtud de la energía potencial, la energía cinética y la energía mecánica, ¿qué gráfica corresponde a cada una de las energías y qué puede deducir de cada una de ellas, en relación al teorema de conservación de la energía? A continuación, presente las variables físicas, principio físico, definiciones y/o conceptos utilizados en el desarrollo del ejercicio. Variables físicas:

Principio físico:

m: masa v : velocidad a :altura

Conservación de energía mecánica

Definiciones conceptos: la

y/o

La ley de la conservación de la energía newtoniana dice que la energía no se puede crear ni destruir, la energía se transforma pero de una forma a otra pero la cantidad total de

energía no cambia. Desarrollo del Ejercicio 2. Teorema de conservación de la energía mecánica y aplicaciones: a. Calcular el valor de la energía cinética y el valor de la energía potencial en su momento inicial

1 Ek = m v 2 2

m=480 g=0.48 kg v=28 m/s 1 Ek = ∗ ( 0.48 kg ) ¿ 282=188.16 j 2

En este caso la energía potencial seria cero porque si se toma como dato inicial el punto de origen desde donde fue lanzado porque en el ejercicio no nos dan el dato altura

b. Calcular el valor de la energía cinética y el valor de la energía potencial a una altura 18,0 m

E p =mgh=4.8∗9.81∗18=847.58 j Energía inicial = energía final

188.16=Ek 2 + E p 2 188.16=Ek 2 +847,58 j 188.16 j−847,58 j ¿ E k 2 −659.42 j ¿ E k 2 c. ¿qué gráfica corresponde a cada una de las energías y qué puede deducir de cada una de ellas, en relación al teorema de conservación de la energía?

  d. Corresponde a la energía potencial, esta aumenta a medida que la

pelota va subiendo

   e. Corresponde a la energía cinética la cual va disminuyendo conforme a la pelota va subiendo, la velocidad va disminuyendo

 

f. Corresponde a la energía mecánica, esta permanece constante

Análisis de resultados obtenidos

los El ejercicio desarrollado se conoció las diferentes transformaciones de la energía y se hallaron como fue la energía cinética en un primer momento la cual fue 188.16j, no se halló la energía potencial porque no nos dieron en primer plano la altura, después se halló la energía cinética y potencial con una altura dada, por ultimo dadas tres graficas se dedujeron a que energía corresponde. Tabla 2. Desarrollo del ejercicio 2.

Ejercicio 3. Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. La siguiente imagen muestra a un soldado con un fusil de asalto que usa como dispositivo de entrenamiento. El arma lanza ráfagas de 30.0 balas por segundo a una velocidad de 987 m/s. Si cada una de las balas tiene una masa de 1,08 x 101 g y la masa del soldado es de 78,0 kg.

Con base en la anterior información: Determine la velocidad con la que se mueve el soldado, si está parado en una superficie sin fricción. A continuación, presente las variables físicas, principio físico, definiciones y/o conceptos utilizados en el desarrollo del ejercicio. Variables físicas:

Principio físico:

pi=momentoinicial pf =momento final

Conservación momento lineal

del

Definiciones conceptos:

y/o

Desarrollo del Ejercicio 3. Teoremas de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. a. Determine la velocidad con la que se mueve el soldado, si está parado en una superficie sin fricción La conservación del momento lineal dice:

momento inicial ( p i )=momento final ( pf ) P=mv 0=PfB + Pfs 0=m v fB −m v fs 0=30∗0.0108∗987−78 v fs 0=319.78−78 v fs −319.78=−78 v fs

−319.78 =v fs −78 v fs=4.09 m/s Análisis de resultados obtenidos

los El ejercicio se desarrollo por medio del teorema de conservación del momento lineal y por medio de esta se hallo la velocidad con la que se mueve el soldado la cual fue de 4.09 m/s Tabla 3. Desarrollo del ejercicio 3.

Ejercicio 4. Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) Un estudiante de la UNAD utiliza una manguera de 1,80 cm de diámetro para llenar un balde con agua, está interesado por determinar el área de la boquilla de la manguera por donde sale el agua, teniendo en cuenta que el agua entra a 3,89 m/s y sale a 4,84 m/s. Presente el procedimiento que permita determina el área de la boquilla de salida del agua. NOTA: considerar el agua como un fluido incomprensible. A continuación, presente las variables físicas, principio físico, definiciones y/o conceptos utilizados en el desarrollo del ejercicio. Variables físicas:

Principio físico:

a=area v=velocidad

Hidrostática conservación en cantidad de flujo

Definiciones conceptos:

y/o

y la La hidrostática es la rama de la hidráulica que estudia los fenómenos asociados a los fluidos que se encuentran en algún contenedor Desarrollo del Ejercicio 4. Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) a. Presente el procedimiento que permita determina el área de la boquilla de salida del agua Área del circulo: π r 2

A 1 v 1= A 2 v 2

A=π r 2 =π

d 2 0.018 m 2 =π =0.000254=2,54 x 10E-4 2 2

() (

)

A 1 v 1= A 2 v 2 0.000254∗3.89=A 2∗4.84 0.000988=A 2∗4.84 0.000988 =A 2 4.84 A2=0.000204 m 2 Análisis de resultados obtenidos

los El ejercicio se desarrolló por medio de la hidrostática y la conservación en la cantidad de flujo, donde pedían hallar el área de la boquilla de salida del agua y se utilizó la ecuación de continuidad para poder hallar esa área la cual fue de 0.000204m 2