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GUIA Nº. 2
CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA
Grupo # 2
Integrantes Del Grupo:
Jaime Andrés Hincapié CampoCódigo: 92041958644Celular: 3044250947
Correo: [email protected]
Juan Pablo Clavijo MartínezCódigo: 1.107.054.615Celular: 315 317 7927
Correo: [email protected]
Mauricio Osório OspinaCódigo: 93011728721Celular: 3162676161
Correo: [email protected]
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALIFACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIALLABORATORIO DE FÍSICA I
Santiago de Cali, 8 DE MAYO DE 2013
GUIA Nº. 2
CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA
Grupo # 2
Integrantes Del Grupo:
Jaime Andrés Hincapié CampoJuan Pablo Clavijo Martínez
Mauricio Osorio Ospina
Profesor:
Marco Aurelio Tabares B.
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALIFACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIALLABORATORIO DE FÍSICA I
Santiago de Cali, 8 DE MAYO DE 2013
INTRUCCION
El presente laboratorio virtual me guiará a construir el concepto de la conservación de la energía y su transformación de un tipo de energía en otro; como también, calcular el gasto de energía que se presenta cuando existe rozamiento en la trayectoria.
Las energías que juegan un papel importante en el presente desarrollo son: La energía cinética, la energía potencial gravitacional y la energía necesaria para vencer la fuerza de rozamiento.
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OBJETIVOS:
OBJETIVO GENERAL
Explicar el concepto de Conservación de la Energía Mecánica utilizando las energías cinética y potencial gravitacional.
Interpretar los gráficos de: Energía Vs. Posición y el Gráfico de barras. Diseñar una pista de patinaje, utilizando el concepto de Energía
Mecánica.
Objetivo especifico
Aprender de manera integra e integral los conceptos para aplicarlos en un problema real o determinada situación.
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MARCO TEORICO
ENERGÍA
Energía es la capacidad que tiene un objeto para realizar un trabajo, su unidad son lo Joul es igual que para el trabajo. Hay diferentes tipos de energía tales como la energía calórica, lumínica, nuclear, química, eléctrica, geotérmica, etc.
ENERGÍA MECÁNICA *La energía asociada a los cambios de estado mecánico de un cuerpo.
*Se dice que un cuerpo tiene energía mecánica si posee velocidad diferente de 0 o si cambia de posición con respecto a dicho sistema de referencia o ambas cosas a la vez. Es la suma de la energía potencial gravitacional, más la energía cinética, más la energía potencial elástica.
Existe en dos formas
Asociada a la velocidad del cuerpo
Asociado a los cambios de posición que producen debido a las interacciones de dicho cuerpo con otros.
Energía cinética
Energía potencial
Puede ser
Energía potencial
Es la energía debida a que un objeto se encuentra en una posición elevada, en otras palabras, es la energía debida a la altura que se encuentre un objeto respecto a un punto de referencia. Es igual al producto del peso del cuerpo por la altura.
Energía potencial elástica
Es la energía acumulada al estirar, comprimir o enrollar un resorte. Como ejemplos, los resortes de ciertos relojes, de carros y muñecos de cuerda, que al ir desenrollándose le proporcionan el movimiento a
los objetos.
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LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA
La energía no se crea ni se destruye; se puede transformar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía permanece constante. Cuando la energía se conserva, se dice que el sistema es conservativo.
Ejemplo 3:
Un pintor en un andamio deja caer una lata de pintura de 1.5 kg desde una altura de 6.0 m. a) ¿Qué energía cinética tiene la lata cuando está a una altura de 4m? b) ¿Con qué rapidez llegara la lata al suelo?
Datos del; problema: Vo= 0; m = 1.5 kg; yo = 6.0 m; Yf = 4.0 m
La energía mecánica total se conserva.
La energía potencial elástica es cero porque NO hay resortes, y la energía
cinética inicial también es cero porque la lata de pintura parte del reposo.
a)
b)
Ejemplo 4: Un esquiador de Parte del reposo de la cima de una pendiente y baja esquiando desde una altura de 110 m. La rapidez del esquiador en la base de la pendiente es de 20 m/s.
Es la energía debida a que un objeto se encuentra en una posición elevada, en otras palabras, es la energía debida a la altura que se encuentre un objeto respecto a un punto de referencia. Es igual al producto del peso del cuerpo por la altura.
Es la energía acumulada al estirar, comprimir o enrollar un resorte. Como ejemplos, los resortes de ciertos relojes, de carros y muñecos de cuerda, que al ir desenrollándose le proporcionan el movimiento a
los objetos.
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a) ¿se conserva la energía?
b) ¿Cuánta energía se gasta para vencer la fuerza de rozamiento?
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ACTIVIDAD
PROCEDIMIENTO:
Ingreso en la página Web:
http://phet.colorado.edu/en/simulation/energy-skate-park
Translated Versions, → Spanish (Colombia), → Ingreso en la página: Parque de la Energía (Versión 2.07)
Me familiarizo con la pista. Ingreso a la barra de herramientas: archivo, rieles y ayuda ubicados en la parte superior de la página para identificar los tipos de pista que se pueden construir, y finalmente hago un recorrido a través del panel de control ubicado a la derecha del applet para conocer todas sus funciones interactivas.
Activo en el panel de control las siguientes funciones:
Cinta métrica Referencia de energía potencial Mostrar cuadricula Mostrar grafico circular
Construyo una pista diferente a la mostrada añadiéndole tramos (arrastrar para añadir pista).
Pongo a patinar los diferentes patinadores de diferentes masas para elegir uno de ellos.
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DESARROLLO
Calculo los valores máximos y mínimos de las energías cinética y potencial gravitacional para uno de los patinadores utilizando un
coeficiente de rozamiento y compruebo el Teorema de Conservación de la Energía Mecánica.
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Explico las diferencias en los valores de las energías y el comportamiento de los gráficos cuando el coeficiente de rozamiento es
distinto de cero. Recomendación hago , variando el indicador de coeficiente de fricción, a un valor intermedio entre nada y mucho, ubicado en la parte inferior del panel de control.
Cuando el coeficiente de rozamiento es diferente de 0 vemos que el patinador pierde energía y por lo tanto su velocidad disminuye hasta el punto de parar, esto lo observamos en la grafica de energías y en las variaciones del coeficiente al aumentarlo.
Explico la información que proporciona el gráfico de barras, eliminando el calor en la parte inferior del panel de control.
Al no existir fricción no hay disminución de velocidad por lo que el cuerpo sigue y va aumentando con la velocidad aplicada.
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En el primer tramo solo se presenta energía potencia gravitacional y el resto de las energías son 0, debido a que la energía mecánica es la suma de las energías, entonces la energía mecánica es igual a la energía potencial gravitacional.
En el segundo tramo ya aparece lo que es la energía cinética, pero la potencial sigue siendo aun mayor debido a su altura, y la energía mecánica es la suma de las 2 energías anteriormente mencionadas.
En el punto C la energía cinética es mayor que la potencial debido a que la altura es tan solo de 0.54 m, y ya lleva una velocidad para su trayectoria.
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En el punto D se ve más equilibrada la energía cinética con la potencial gravitacional.
En el punto E hay mayor energía potencial ya que en la subida del punto C-D perdió velocidad por lo que su energía cinética disminuyo.
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Explico el comportamiento de las energías, cinética y potencial gravitacional, de un patinador en diferentes ambientes como son: El espacio, La Tierra y Júpiter.
¿Qué cambios se observan en el movimiento del patinador cuando es llevado al Espacio, La Tierra y Júpiter y cómo se pueden explicar?
- El patinador en el Espacio: La fuerza gravitacional es de 0 N/kg por lo que se puede quedar suspendido en el aire, el cuerpo se mueve por inercia, las energías solo se presentan cuando se está ejerciendo la fuerza en el cuerpo.
- El patinador en la Tierra: La fuerza gravitacional es de 9.81 N/kg, la energía cinética se presenta siempre y cuando el patinador este en movimiento y no es necesario como en el espacio estar ejerciendo la fuerza sobre el cuerpo. La energía potencial gravitacional se presenta siempre y cuando la altura a la que se encuentra el cuerpo sea > 0.
- El patinador en Júpiter: La fuerza gravitacional es de 25,95N/kg, se presentan las 3 energías, la cinética, la potencial gravitacional y la potencial elástica, debido a que la gravedad es mayor el peso del cuerpo es mayor por lo que el cae con mayor velocidad y eso hace que se mueva con mayor facilidad por lo que la energía cinética es mayor notoriamente.
¿Qué se debe hacer para producir, incrementar y disminuir los movimientos en el espacio? Justifique su respuesta.
En el espacio debido a que la fuerza gravitacional es 0 N/kg, para que el cuerpo presente movimiento debo estar aplicando una fuerza constantemente para que se mueva (valga la redundancia) de la manera que necesito, de lo contrario se quedaría flotando.
¿Cuándo alcanza el patinador la misma altura en los dos lados opuestos de la pista?
El patinador vuelve a alcanzar su altura siempre y cuando no haya fricción o lleve una velocidad suficiente mente alta para alcanzarla, en pocas palabras se debe presentar aceleración pero al momento de subir tanto la gravedad como la fricción le quitaran velocidad.
PREGUNTAS
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¿Cómo podría usar mis conocimientos de conservación de la energía mecánica para diseñar una pista de patinaje que sea divertida, desafiante y segura?
La pista tendría que ser de madera, ovalada y a medida que se avance en ella sutilmente aparezca una elevación de 30 grados aproximadamente y al llegar a los 30m grados empezar a declinar la elevación hasta llegar nuevamente al plano horizontal.
Sera divertida y desafiante porque para poder mantener la velocidad y disminuir la energía mecánica en el momento preciso (disminuir la energía cinética y la energía potencial gravitacional) disminuyendo la velocidad y la altura para poder deslizarse fácilmente.
Las ventajas de utilizar la madera es que ofrecen a la pista la posibilidad de ser movibles. Pueden ser remodeladas, su reparación es sencilla y si nos caemos en ellas generan menos dolor. Aunque tiene como desventaja es que su durabilidad es menor, necesitan mantenimiento ya que existen notables riesgos de herirte con clavos y astillas.
¿Cómo podría usar mis conocimientos de conservación de la energía mecánica en una fábrica para solucionar problemas de la vida cotidiana?
El problema estaría en el descargue de mercancía, cuando la mercancía está dentro del camión a una altura considerable se hace una rampla que forme un ángulo de 45 grados, y donde el material tenga una fricción menor y se deslice con más rapidez al terminar esta rampla debe haber un alcance horizontal suficiente para que la mercancía (caja) pierda por totalidad la energía mecánica que posee.
RECOMENDACIONES:
Es que este laboratorio es muy interesante y debería haber la posibilidad de convertirlo en un laboratorio práctico, haciendo una especie de rampla a la que se le pueda cambiar la superficie (darle a la fricción de cada superficie) y de
objeto se podría utiliza una bola de goma pequeña o un cubo plástico.
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COMENTARIOS
El proceso que se llevo durante cada el laboratorio virtual fue enriquecedor para nuestra formación.
CONCLUSIONES:
La energía mecánica es una de las pocas energías que usamos diariamente, en nuestros quehaceres diarios, debido a que esta es una energía en que utilizamos todos los tipos de fuerzas, sea en reposo, en movimiento o que esta tenga reacción.
También se ha podido valorar que la física tiene aplicaciones prácticas y cotidianas para cada uno de nosotros. Nos hemos 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.
BIBLIOGRAFIA
WILSON, BUFFA, LOU, FÍSICA: Editorial PEARSON Prentice Hall, Sexta edición, 2007, Capítulos 4 y 5
SEARS – ZEMANSKY – YOUNG – FREEDMAN, FISICA UNIVERSITARIA, Volumen I, undécima edición, editorial Pearson Prentice Hall, 2005.
CIBERGRAFIA:
http://phet.colorado.edu/en/simulation/energy-skate-park
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