CAMBIOS DE LA ENERGIA POTENCIAL

CAMBIOS DE LA ENERGIA POTENCIAL


Energía Potencial : energía asociada con la
EXPERIENCIA N°9 partícula en reposo.



1. OBJETIVO

1. Investigar los cambios de energía potencial elástica en un sistema masa-
resorte

2. EQUIPOS Y MATERIALES

Resorte
Juego de masas
Portapesas
Soporte de laboratorio
Regla graduada
Pesas : 0,5Kg y 1 Kg
Hojas de papel milimetrado (5)

3. INFORMACION TEORICA

Los sólidos elásticos son aquellos que se recuperan, más o menos rápidamente, a su conformación definida originalmente al cesar la causa de la deformación. En realidad, todos los cuerpos son deformables. Excedido un cierto límite el cuerpo pierde sus características elásticas. Los resortes se estiran cuando se le aplicanfuerzas de tracción. A mayor estiramiento mayor tracción, esto indica que la fuerza no es constante. La ley de Hooke nos da la relación de la magnitud de la fuerza Fx con la longitud x de la deformación.


Fx = -kx (1)


Donde k es una constante elástica, su valor depende de la forma y las propiedades elásticas del cuerpo. El signo negativo indica que la fuerza elástica del resortesiempre se opone a la deformación (estiramiento o compresión).

El hecho de que un resorte estirado tienda a regresar a su configuración (forma y tamaño) original cuando deja de actuar la causa que lo deforma, nos indica que el resorte almacena energía potencial de naturaleza elástica Us cuyo valor es igual al trabajo realizado por la fuerza de estiramiento.

Se demuestra que al estirarse unresorte el trabajo realizado es


W = Us = (1/2 kx) x = ½ kx2 (2)


Donde x es el estiramiento (elongación) producido por la fuerza promedio en el resorte.
La Figura 1 muestra la posición x0 del extremo inferior de un resorte libre de la acción de fuerzas externas (sistema de referencia para medir los estiramientos del resorte).


Sea unamasa m sostenida en x0. Se le hace descender estirando el resorte una pequeña distancia hasta un punto x1. Si después la masa se deja libre esta caerá a una posición x2, luego continuará vibrando entre posiciones cercanas a x1 y x2 . Después de un cierto tiempo la masa se detendrá.




Bajo estas condiciones el trabajo realizado para estirar el resorte de x1 a x2 esta dado por


W = 1kx22 - 1 kx12 = 1 ( x22 - x12 ) (3)
2 2 2

Esto define el cambio de energía potencial elástica Us producido en el resorte. La energía se expresa en joules.

Por otro lado, el cambio de energía potencial gravitatoria Ug experimentada por la masa m está dada por


Ug = mg x = mg ( x2 - x1 ) (4)


Para medir la energía potencial gravitatoria Ug= mgy se puede considerar el sistema de referencia en la vertical, con y0 en la base. En este caso otra forma de escribir la ecuación (4) es


Ug = mg y1 - mg y2 = mg ( y1 - y2 )


Donde y1, y2 se pueden determinar una vez conocidas x1 y x2. Llamando H a la distancia comprendida entre x0 e y0 se encuentra que


y1 = H - x1 y2 = H - x2


H es una cantidad fácilmentemensurable.

4. PROCEDIMIENTO

1. Monte el equipo tal como se muestra en la Figura 1 y haga coincidir el extremo
inferior del resorte con el cero de la escala graduada o punto de ésta, que le permita
fáciles lecturas, tal como x0 = 40 cm. Este será el sistema de referencia para medir los
estiramientos del resorte.

2. Cuelgue el portapesas del extremo inferior del resorte. Es posibleque esto produzca
un pequeño estiramiento en el resorte. Si es así, anote la masa del portapesa y el
estiramiento producido por el resorte en la Tabla 1.

3. Adicione masas sucesivamente y registre los estiramientos del resorte para cada una
de ellas. Cuide de no pasar el límite elástico del resorte.

4. Cuando el peso máximo que se ha considerado este aún suspendido,...