• Author / Uploaded
• Daniela Mendez

Citation preview

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

INFORME LABORATORIO CONSERVACION DE LA ENERGIA

DIEGO MAURICIO PERDOMO ROJAS ID: 520559 DANIELA MENDEZ ASTUDILLO ID: 520313 JUAN CAMILO GONZALEZ ORTEGA ID: 524453 ANDRES FELIPE ARANAGA DURAN ID: 521789 CARLOS DANIEL LONDOÑO ID: 522147

FÍSICA MECÁNICA

PROFESOR: M.SC. JAIME MALQUI CABRERA

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGIENERIA CIVIL

NEIVA 2018

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

TABLA DE CONTENIDO

1. RESUMEN 2. INDICADORES DE COMPETENCIA 3. PROCEDIMIENTO 4. RESULTADOS 4.1 TABLAS OBTENIDAS Y PROCESADAS 4.2 GRAFICAS 4.3 ANALISIS DE RESULTADOS 5. USO DEL SIMULADOR 6. APLICACIONES 7. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA – WEBGRAFIA ANEXOS

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

1. RESUMEN

Se desarrolló el informe gracias a la ayuda de la del montaje de la pista de aire, el carro mecánico, las masas, el flexómetro y el programa Cassy Lab 2 donde medimos la energía cinética y potencial del cuerpo y así completar la tabla de la guía de laboratorio siendo plasmadas el programa Excel, y encontramos los siguientes resultados: 1) A mayor altura mayor energía potencial y menor energía cinética. 2) A menor altura mayor energía cinética y menor energía potencial.

Además, se aprendió a identificar y conocer la conservación de la energía, conociendo teorías y conceptos a través del marco teórico, implementados en la práctica del laboratorio. Se analizó las gráficas obtenidas con los datos, y se obtuvo conclusiones permitiendo más conocimiento acerca de este tema, para poder responder cada problema dado en este informe.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

2. INDICADORES DE COMPETECIA Verifica el principio de conservación de la energía mecánica total, estudiando el movimiento rectilíneo de un móvil que se desplaza por un plano inclinado, calculando con precisión las energías mecánicas totales en dos puntos diferentes.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

3. PROCEDIMIENTO Aquí se estudió el movimiento de un cuerpo que se desplaza en línea recta a lo largo de un plano inclinado aumentando su velocidad a medida que desciende. Se tomaron tiempos en diferentes puntos del plano inclinado con la ayuda de barreras multiusos que estaban conectadas a las entradas E de la unidad de Timer conectada a su vez a la entrada A de los Sensores-CASSY. Cuando el cuerpo pasó frente a cada barrera interrumpió una señal luminosa la cual emite información de tiempo al Sensor-CASSY.

Figura 1. Montaje experimental

Se realizó el montaje mostrado en la figura 1, Teniendo cuidado que el riel quede inclinado cierto grado con respecto a la horizontal, esto con el fin de que el carro cuando descienda aumente la velocidad. Se ubicó las barreras multiusos registradora de tiempo a 1 m una de otra. Se midió la longitud “L” de la barrera oscura ubicada sobre el carro y se registró el valor. L = 5 cm Usando la balanza de triple brazo, se determinó la masa del carro con accesorios “Mc” y se registró este valor. Mc = 104g

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

Usando la regla se midió la altura desde la mesa hasta el centro del riel en la posición donde se encontraban las barreras, se registró estos valores. Altura 1. h1= 53 cm Altura 2. h2 = 47.6 cm Se actualizó el CassyLab 2.0 y se seleccionó los medidores de tiempo con ayuda de las opciones del sensor, se tuvo en cuenta que el registro de tiempo se hizo en milisegundos (ms). Se encendió la fuente de aire, se graduó en la posición 3, se llevó el carro al punto de partida (extremo superior del riel) y se soltó el carro. En la pantalla de cada uno de los medidores de tiempo se leyó el tiempo que tardaba la barrera en pasar por cada barrera multiuso. Se repitió el proceso para otros dos lanzamientos y se registró en la tabla 1 los valores promedio de t1 y t2. Con estos valores y el valor de L registrado anteriormente, se determinó las velocidades V1 y V2 del carro al pasar por cada barrera multiuso. Se repitió el proceso y el análisis anterior adicionando secuencialmente masas de 124, 144, 164, 184 y 204 g al carro. Con los datos de masa y velocidad se calculó la energía cinética en los puntos 1 y 2. Con los datos de masa y altura se calculó la energía potencial en los puntos 1 y 2. Con los valores de energía cinética y energía potencial se calculó la energía mecánica total en los puntos 1 y 2.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

4. ANALISIS Y RESULTADOS 4.1 TABLAS OBTENIDAS Y PROCESADAS TABLA 1. Energías Cinéticas, Potencial y Total de un Cuerpo M (g) 104 124 144 164 184 204 Ec1(J) 0,1400677 0,17481582 0,18874368 0,21832992 0,244007 0,26947992

Ec2 (J) 0,61057826 0,74108903 0,80929731 0,92117817 1,04544752 0,89419084

t1 (s) 46,14 45,73 47,16 47,17 46,90 53,40

t2 (s) 96,70 94,10 96,96 97,25 96,80 97,16

Ep1 (J) 54017,6 64405,6 74793,6 85181,6 95569,6 105957,6

v1 (m/s) 0,0519 0,0531 0,0512 0,0516 0,0515 0,0514 Ep2 (J) 48513,92 57843,52 67173,12 76502,72 85832,32 95161,92

v2 (m/s) 0,10836 0,10933 0,10602 0,10599 0,10660 0,09363 Et (J) 54017,7401 64405,7748 74793,7887 85181,8183 95569,844 105957,869

Et (J) 48514,5306 57844,2611 67173,9293 76503,6412 85833,3654 95162,8142

4.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS. 

¿Qué sucede con la energía cinética del cuerpo al pasar del punto 1 al punto 2? R/ Encontramos que la energía cinética es directamente proporcional a la masa y la velocidad de un cuerpo.



¿Qué sucede con la energía potencial del cuerpo al pasar del punto 1 al punto 2?



R/ Encontramos que la energía potencial es directamente proporcional con la masa y la altura del cuerpo.



De acuerdo a las repuestas dadas a las preguntas anteriores, escriba una conclusión. R/ - La energía cinética, es directamente proporcional a la masa y la velocidad.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA



Solo abra energía cinética cuando el cuerpo se encuentra en movimiento.

Compare la energía mecánica total del carro en los puntos 1 y 2. ¿Qué conclusión obtuvo? R/ Lo que se obtuvo es que la energía mecánica total del carro es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo



¿Cuáles son las fuentes de error? R/ Las fuentes de error son obstáculos que nos alejan de la igualdad de EM haciendo que estas sean cada vez más diferentes. Estas fuentes de error se presentan cuando:

a. Se tomaron mal los datos. b. No se operaron adecuadamente las ecuaciones. c. Hubo una fuerza de rozamiento en el movimiento del móvil. d. El móvil perdió masa durante su trayectoria (tómese en cuenta que la ecuación de la EM solo se aplica para cuando la masa es constante). e. Instrumentos no calibrados en la experiencia.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

5. USO DEL SIMULADOR 1. Se

ingreso

a:

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones_files/ Wroz.swf se llegó a un kit donde mostraba todo lo de la conservación de la energia,

cuyo funcionamiento es muy intuitivo.

Figura 2 Toma de datos del simulador

Se eligió un ángulo de 15° y coeficiente de rozamiento 0. Se hizo clic en el botón play para iniciar la animación, se pausó la animación y se observó el comportamiento de las barras de energía, se realizó este proceso varias veces. Se el proceso anterior con coeficiente de rozamiento igual a 0,15. De acuerdo con sus observaciones se llegó a la siguiente conclusión: R/ Se observó que al iniciar el movimiento el cuerpo tiene energía potencial y a medida que se acerca al final del recorrido proporcionalmente se va disminuyendo la energía potencial y se va amentando la energía cinética, y el trabajo solo aparece cuando existe un coeficiente de rozamiento distinto de 0.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

7. APLICACIONES 1. Suponga que se lanza una pelota gigante directamente hacia el suelo desde una altura de 3 m. Si no hay pérdidas, ¿Volverá la pelota a la altura desde donde fue lanzada? ¿Cuánta Ec tendrá en ese instante? ¿En qué forma está la energía en el momento en que la pelota está quieta en el suelo? ¿Qué es necesario saber para determinar la altura máxima alcanzada por la pelota? ¿Cómo puede hallarse la velocidad a que fue lanzada disponiendo sólo de su peso y de una regla?

R/ La pelota revotaría y tendría una energía cinética negativa, lo cual contrae al golpe y sube una distancia, no vuelve a su altura inicial. La energía seria 0 la cual ya queda en reposo, y tendría solo energía potencial ya que no actúa un movimiento para darle energía cinética Está en energía potencial, es decir: cero. En realidad, no es el cuerpo el que tiene energía cero, sino que el sistema está en equilibrio donde se encuentra el cuerpo. Un pequeño desplazamiento puede producir cambios bien diferentes según el caso. Por eso se pude hablar de energía cero, positiva o negativa. La distancia recorrida (d) se mide sobre la vertical y corresponde, por tanto, a una altura que se representa por la letra h. En el vacío el movimiento de caída es de aceleración constante, siendo dicha aceleración la misma para todos los cuerpos, independientemente de cuales sean su forma y su peso. La presencia de aire frena ese movimiento de caída y la aceleración pasa a depender entonces de la forma del cuerpo. No obstante, para cuerpos aproximadamente esféricos, la influencia del medio sobre el movimiento puede despreciarse y tratarse, en una primera aproximación m (Masa), v (Velocidad), g (Gravedad), Ec (Energía Cinética), h (Altura). Ec=½m.v²←EnergiaCinetica Ep = m . g.h ← Energía Potencial h=Vo.t+½g.t²←Altura V = Vo- vf + g . t ← Tiempo de Subida - bajada 2. Se dispara una flecha hacia arriba con un arco. Despreciando las pérdidas por rozamiento, compárese la Ep elástica en el momento anterior al disparo con la Ep gravitacional de la flecha en la máxima altura y con la Ec en el instante anterior a su caída.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

R/ La energía potencial elástica que almacena el resorte del arco antes de arrancar es la que se va a liberar, invertir o a transferir a la flecha es la que va a permitir aumentar la energía potencial de la flecha. 3. Un hombre salta sobre un trampolín ganando una pequeña altura en cada salto. Explique cómo aumenta su energía mecánica total. R/ en este caso la masa es constante y la gravedad también, por lo tanto, la energía potencial (EP) va aumentado a medida que gana altura (h). Si sumamos lo que aumenta la energía potencial al ganar altura vamos a obtener un aumento en la energía mecánica. 4. ¿Es posible que la segunda cima de una montaña rusa sea más alta que la primera? ¿Por qué? ¿Qué sucedería si lo fuera? R/ No se puede, viendo las formulas de la pregunta anterior, el carro llega a la primera cima, teniendo una cierta energía potencial a cierta altura, cuando empieza a descender, la energía potencial comienza a convertirse en energía cinética, (a medida que decrece la energía potencial aumenta la cinética) una vez que llega al punto más bajo tiene energía potencial 0 y energía cinética máxima, cuando comienza a subir hacia la segunda cima, la energía cinética empieza a decrecer y aumenta la potencial, pero, no es suficiente para llegar a la segunda cima, ya que como máximo podría llegar a una altura igual o menor que la primera. Así que, si la segunda es más alta que la primera el carro solamente llegara hasta la misma altura que la primera por la ley de la conservación de la energía, a excepción que el carro tuviese un motor que le diera aceleración extra.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

5. CONCLUSIONES 

Se concluye que este trabajo ha sido de gran utilidad para poner en práctica y aplicar los conocimientos teóricos adquiridos sobre la conservación de la energía mecánica.



Se he aprendido a determinar velocidades aplicando la conservación de la energía y con simples despejes de ecuaciones.



También se ha podido valorar que la física tiene aplicaciones prácticas y cotidianas para todos nosotros. Me he dado cuenta de cómo a través de experimentos sencillos y al alcance de todos podemos llegar a conocer datos importantes como lo es la velocidad de los cuerpos a partir de la energía potencial y cinética que poseen en tiempos determinados.



En esta experiencia llevada a cabo en el laboratorio pude comprobar experimentalmente el principio de la conservación de la energía mecánica y se llega a la conclusión de que la EM esta conservada en cualquier punto de la trayectoria de un móvil de masa constante y fuerzas conservativas.

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

BIBLIOGRAFIA YOUNG, Hugh y FREEDMAN, Roger. Física Universitaria con Física Moderna, 12ª Ed., Vol 1, Pearson Educacion, México, 2009. 896p. ISBN 978-607-442-304-4. SERWAY, Raymond y JEWETT, John. Física para Ciencias e Ingeniería con Física Moderna, 7a Ed., Vol 1, Cengage Learning, México, 2009. 896p. ISBN 978-607-481358-6. BAUER, Wolfgang y WESTFALL, Gary. Física: para Ingeniería y Ciencias con Física Moderna. 2a Ed., Vol 1, McGraw Hill Education, México, 2014. 1443p. ISBN 978-07-351388-1 WEBGRAFIA Fislab.net. Laboratorio virtual de física. Tomado de http://fislab.net/. Citado el 10 de diciembre del 2015. Fismec. Página web del curso de física mecánica. Tomado de http://www.fismec.com/. Citado el 10 de diciembre del 2015. Escuela

universitaria

técnica

forestal.

Simulador

de

fuerzas.

Tomado

http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones_ files/Wroz.swf. Citado el 10 de diciembre del 2015.

de

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL CURSO FISICA MECANICA

ANEXOS