Fisica

Universidad Autónoma de Occidente Facultad de Ciencias Básicas Departamento de Física

Máquina de Atwood – Trabajo y Energía Cinética
Objetivo Analizar un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado usando el teorema del trabajo-energía, así como su relación con los análisis cinemático y dinámico (segunda ley de Newton). Motivación Como se vio en las prácticas anteriores, el concepto defuerza es fundamental en el estudio de la Física. Igualmente importante es la idea de que las fuerzas pueden realizar trabajo sobre un cuerpo y cambiar así la magnitud de su velocidad. Esta relación se condensa en el teorema del trabajo y la energía cinética. Los métodos energéticos se usan en casi todas las áreas de la ciencia y de la ingeniería. En el diseño de cualquier dispositivo móvil debeconsiderarse la forma en que se transforma la energía durante su funcionamiento. Esto puede simplificar considerablemente el análisis de muchos sistemas, especialmente de aquellos en los que intervienen fuerzas que dependen de la posición de un cuerpo, como las fuerzas gravitatorias o las fuerzas ejercidas por resortes. En estos casos el teorema del trabajo y la energía adquiere la categoría de una leyde conservación. Al ver la aplicación de este principio se espera que desarrolle su intuición respecto a la energía y sus transformaciones, y obtenga una mejor visión de la aplicación de esas ideas a otros campos. Preinforme En la figura 1 se muestra el esquema de una máquina de Atwood, consistente en dos masas unidas por una cuerda ligera, flexible e inelástica que pasa por una pequeña polea sinfricción. Inicialmente se sostiene una de las masas y se suelta. Debido a la diferencia de masas los cuerpos se mueven recorriendo la misma distancia h. Supondremos m1 > m2.

h m1 m2 Figura 1. Máquina de Atwood.

1. Encuentre la Tensión en la cuerda en términos de las masas del sistema. 2. Calcule el trabajo realizado por la Tensión sobre la masa m2 cuando ésta asciende la distancia h.24/09/2007 Práctica: Máquina de Atwood – Trabajo y Energía Cinética Profesores: Alexander Osorio Caicedo y Mónica María Rico

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3. Calcule el trabajo hecho por la fuerza de gravedad sobre la masa m2 cuando ésta asciende la distancia h. 4. ¿Cuál es el trabajo neto hecho sobre la masa m2? 5. Usando el teorematrabajo-energía, ¿cuál es la velocidad del sistema después de recorrer una distancia ∆y arbitraria, si el sistema parte del reposo? Equipo • • • • Interfaz ScienceWorkshop 750 (USB) Sensor “polea inteligente” 2 Portapesas Juego de pesas de 1, 2, 5 y 10 g • • • Balanza Regla Soporte universal y nuez

Configuración del equipo Se analizará la máquina de Atwood, que consiste en dos masassuspendidas de una polea, como se muestra en la Figura 2.

Portapesas 1

Portapesas 2

Figura 2

Disponga los elementos como se observa en las figuras 2 y 3. Tenga en cuenta que la longitud de la cuerda debe permitir que ambas masas recorran toda la distancia entre la polea y la base.

24/09/2007 Práctica: Máquina de Atwood – Trabajo y Energía Cinética Profesores: Alexander Osorio Caicedo y MónicaMaría Rico

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Figura 3

Procedimiento de Recolección de datos 1. Mida la masa de los portapesas e identifíquelos con los números 1 y 2. Guarde esta y otras observaciones importantes de la práctica en un Cuaderno de Prácticas. 2. Conecte la polea inteligente a la interfaz ScienceWorkshop 750. 3.Configure el sensor activando únicamente las medidas de posición y velocidad. 4. Abra un gráfico de posición vs. tiempo y otro de velocidad vs. tiempo. 5. En la ventana de Configuración, seleccione Opciones de muestreo. 6. Mida la distancia que recorrerá el portapesas 1. 7. Defina la Detención automática para una posición mayor que dicha altura menos 0,05m. 8. Coloque 5 g en ambos portapesas. 9....