Copernico

CAMBIOS DE ENERGÍA POTENCIAL

Energía potencial: energía asociada con la posición de la partícula.

I. OBJETIVO

Investigar los cambios de energía potencial elástica en un sistema bloque-resorte.
Establecer diferencias entre las energías potenciales elástica y gravitatoria.

II. EQUIPOS Y MATERIALES

Resorte (longitud 10 cm)Juego de pesas
Porta pesas Soporte universal
Regla graduada de 1 m Prensa de 5”
Pesas: 0,5 kg y 1 kg Balanza
Traer hojas de papel milimetrado (5) Clamp
Pesas ranuradas: 500 g (1), 100 g (4), 50 g (4), 20 g (4), 10 g (4)

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Sólidos elásticos: son aquellos sólidos que al cesar la causa que los deforma recuperan suconfiguración (forma y tamaño). Esto es válido mientras no excede cierto límite elástico. En realidad, todos los cuerpos son más o menos deformables.

Los resortes se estiran cuando son sometidos a fuerzas de tracción. A mayor estiramiento mayor tracción; se observa que la fuerza elástica no es constante.

La ley de Hooke relaciona la magnitud de la fuerza elástica [pic] con la elongación x(deformación):
[pic] (1)

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

El hecho de que un resorte estirado tienda a regresar a su configuración original (formay tamaño) cuando cesa la causa que lo deforma, se interpreta como que el resorte tiene almacenado energía en la forma potencial elástica [pic], cuyo valor es igual al trabajo realizado por la fuerza que lo estira.

[pic] (2)

Donde: x es la deformación del resorte ejercida por una fuerza media [pic].

En la Fig. 1, [pic] es la posición del extremo inferior delresorte, libre de la acción de fuerzas externas (sistema de referencia para medir estiramientos del resorte).

Seguidamente, al colocar un bloque de masa m el extremo libre del resorte este se estira una pequeña distancia descendiendo de la posición [pic] a la [pic]. Descendiendo y sosteniendo el bloque cerca a la posición [pic] para luego dejarlo libre, se observará primero que estedescenderá a la posición [pic] y luego empezará a vibrar entre [pic] y [pic]. Posteriormente después de un tiempo prudencial el bloque llegará al reposo.

Bajo estas condiciones el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria para estirar el resorte de [pic] a [pic] esta dado por:

[pic] (3)

Que corresponde precisamente al cambio de energía potencial elástica [pic] almacenada en elresorte.

Observe que se puede cambiar de nombre a la coordenada x por y.

De otro lado, el cambio de la energía potencial gravitatoria [pic] experimentada por el bloque esta dada por:

[pic] (4)

Haciendo el cambio de coordenada x por y, la ecuación (4) queda como,

[pic] (5)

Donde: [pic] e [pic] se pueden determinar una vez conocidas[pic] y [pic].

Denominando H a la distancia comprendida entre [pic] y [pic], se cumple que:

H es una cantidad que se mide fácilmente.

PROCEDIMIENTO

1. Monte el equipo tal como se muestra en el diseño experimental mostrado en la Figura 1.

2. Haga coincidir el extremo inferior del resorte con el cero de la escala graduada o un punto de ésta, que le permita tener fáciles lecturas.Ejemplo [pic] cm. Este será el sist. de referencia para medir los estiramientos del resorte.

2. Cuelgue la porta pesas del extremo inferior del resorte. En estas condiciones es posible que se produzca un pequeño estiramiento en el resorte. Si este es el caso, anote la masa de la porta pesa y el estiramiento producido en el resorte en la Tabla 1.

2. Sucesivamente, adicione bloques,...