l6-conservación de la energía mecánica

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER
Escuela de Física
LABORATORIO DE FÍSICA I
L6. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
OBJETIVO
Verificar el principio de conservación de la energía mecánica.
MARCO TEÓRICO
La conservación de la energía mecánica es una de las leyes más poderosas de la física y no es un principio fácil de verificar. Cuando una
piedra está rodando hacia abajo por una colina, por ejemplo, va constantemente convirtiendo su energía potencial gravitacional en energía
cinética, tanto lineal como rotacional, y además convirtiéndola en energía calorífica debido a la fricción con la colina. La piedra también
pierde energía al golpear otros objetos a lo largo de su trayectoria, impartiéndoles una parte de su energía cinética. Medir todos estos
cambios en energía no es una tarea fácil.
Esta clase de dificultad existe en toda la física, y los físicos enfrentan estos problemas creando situaciones simples en las cuales puedan
enfocar un aspecto particular del problema. En este experimento usted examinará la transformación de la energía que ocurre a medida que
un deslizador baja a lo largo de un riel de aire que está inclinado. Puesto que no hay objetos que interfieran con el movimiento y además la
fricción entre el riel y el deslizador es mínima, la pérdida en energía potencial a medida que el deslizador baja debería ser
aproximadamente igual a la ganancia en energía cinética. Matemáticamente,
ΔEk = −Δ ( mgh ) = −mg Δh
Donde ΔEk es el cambio en la energía cinética del deslizador, es decir.
ΔEk =
1 2 1 2
mv2 − mv1
2
2
y Δ(mgh) es el cambio en su energía potencial gravitacional, m es la masa del deslizador, g la aceleración de la gravedad y Δh es el cambio
en la posición vertical del deslizador.
TEMAS DE CONSULTA
9 Energía cinética, Teorema del Trabajo y la energía
9 Energía potencial, Unidades de energía.
9 Conservación de la energía del la de la partícula del una. Fuerzas conservativas.
9 Si una partícula que parte del reposo, desciende por un plano inclinado un ángulo θ sin fricción, cuando ha recorrido una distancia ‘s’
encuentre que velocidad posee la partícula.
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
Alonso M., Finn E.J., Física Volumen I: MECÁNICA, Addison Wesley Iberoamericana, 1986.
Sears F.W., Zemansky M.W., Young H.D., Freedman R.A:, FÍSICA UNIVERSITARIA, Volumen 1, Pearson Educación, Décimo
primera edición, 2004
Serway R.A., FÍSICA Tomo I, McGraw Hill, Cuarta Edición, 1996
EQUIPO
Sistema carril de aire: riel, bomba, deslizador, 3 parachoques, registradores de tiempo, 2 Foto celdas, cables, 4 masas de 50 g., 1 masa de
100 g., Lanilla, bloque.
PROCEDIMIENTO
1. Nivele el riel de aire lo mejor posible, hasta lograr que el deslizador quede en equilibrio.
2. Mida d la distancia entre los soportes del carril. Registre ésta distancia en la tabla.
3. Coloque el bloque de altura conocida bajo una de los soportes del carril. Para una mejor exactitud, el espesor del bloque puede
medirse con un calibrador. Registre el espesor del bloque como h en la tabla.
4. Coloque la foto celda temporizadora con su fotocelda auxiliar como se observa en la figura 1.
Figura 1. Esquema del montaje
Mida y registre D, la distancia que el deslizador recorre sobre el carril desde cuando la primera foto celda se acciona hasta cuando se
acciona la segunda. Una foto celda se acciona cuando el LED encima de ésta se enciende.
6. Mida y registre L, la longitud efectiva del deslizador. Esto lo puede hacer moviendo el deslizador lentamente a través de una foto
celda y midiendo la distancia recorrida entre la encendida y apagada de la foto celda.
7. Mida y registre m (la masa del deslizador).
8. Coloque la foto celda temporizadora en el modo GATE y presione RESET.
9. Mantenga el deslizador cerca de la cima del carril de aire y libérelo de manera que pase a través de las dos foto celdas. Registre t1
(tiempo que el deslizador tarda pasando por la primera foto celda) y t2 (tiempo que tarda pasando por la segunda). Si usted tiene una
fotocelda, la función memoria le facilitará medir los dos tiempos. Si no la tiene entonces alguien necesitará observar el temporizador
y rápidamente registrar el tiempo t1 antes que el deslizador alcance la segunda foto celda.
10. Repita las medidas varias veces (mínimo tres veces) y registre sus datos en la tabla. Usted no necesita soltar el deslizador desde el
5.
mismo punto en el carril para cada prueba, pero debe deslizarse libremente y lentamente (balanceo mínimo) cuando pasa a través de
las fotoceldas.
11. Cambie la masa del deslizador agregándole pesos y repita los pasos desde el 7 hasta el 9. Hágalo para mínimo cinco masas
diferentes, registre la masa (m) para cada conjunto de medidas.
12. Cambie la altura h del bloque usado para inclinar el carril o la distancia D entre las foto celdas. Repita los pasos desde el 3 hasta el
11.
DATOS; CÁLCULOS, RESULTADOS Y ANÁLISIS
1. Para cada h o D tomados, registre el siguiente conjunto de datos
Tabla de Datos
d = ____________________________
h = ________________________
D = ____________________________
L = ________________________ m = _______________
Masa del
deslizador m[g]
Tiempos del Sensor 1 t1[s]
Toma 1
Toma 2
Toma 3
Tiempos del Sensor 2 t2[s]
Toma 1
Toma 2
Toma 3
2. Calcule θ, el ángulo de inclinación del carril, usando la expresión θ = arctan(h/d)
Para cada conjunto de medidas complete la correspondiente tabla de cálculos:
3. Divida L por cada uno de los promedios t1 y t2 para determinar v1 y v2, la rapidez del deslizador cuando pasa a través de cada fotocelda.
4. Use la ecuación Ek = (1/2)mv2 para determinar la energía cinética del deslizador cuando pasa a través de cada fotocelda.
5. Calcule el cambio en energía cinética, ΔEk = Ek2 – Ek1.
6. Calcule Δh, la distancia vertical que el deslizador cae al pasar a través de las dos foto celdas (Δh = D senθ, donde θ = arctan (h/d)).
7. Compare la energía cinética ganada con la energía potencial gravitacional perdida. ¿Se conservó la energía mecánica en el movimiento
del deslizador?
8. Calcule el error de las medidas e indique las posibles fuentes de error.
9. Formule una o varias preguntas en referencia a la práctica y respóndalas.
m[g]
θ[°]
OBSERVACIONES
CONCLUSIONES
t1 [s]
t2 [s]
v1[cm/s]
Tabla de Cálculos
v2[cm/s]
Ek1[ergios]
Ek2[ergios]
Δ Ek[ergios]
Δ(mgh)[ergios]
TABLA PARA LA TOMA DE DATOS (sugerida)
L6. Conservación de la Energía Mecánica
fecha:___________grupo_______subgrupo _______ estudiantes ___________________________
Instrumento de medición 1 _________________ sensibilidad _________
Instrumento de medición 2 _________________ sensibilidad _________
Primer conjunto de datos:
D = ___________ h = __________ L = ______________ d = _________________
Masa del
deslizador m[g]
Tiempos del Sensor 1 t1[s]
Toma 1
Toma 2
Toma 3
Tiempos del Sensor 2 t2[s]
Toma 1
Toma 2
Toma 3
Segundo conjunto de datos:
D = ___________ h = __________ L = ______________ d = _________________
Masa del
deslizador m[g]
Tiempos del Sensor 1 t1[s]
Toma 1
Toma 2
Toma 3
Tiempos del Sensor 2 t2[s]
Toma 1
Toma 2
Toma 3
OBSERVACIONES
________________________________________
Vo Bo Profesor (firma)