Labfisica

Universidad de Santiago de Chile, Facultad de Ciencia, Departamento de Física.

Física II para Ingeniería, L-12

Experimento 3:
- Trabajo y energía

Resumen

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Este laboratorio consiste en 2 experiencias. En la primera analizaremos el movimiento de un cuerpo unido a un peso (mediante un sistema de poleas) utilizando la relación F =m a. En la segunda experiencias consiste en corroborar la teoría de la conservación de la energía, donde la energía inicial del sistema debe ser igual a la energía final.

Objetivos

1. Identificar aceleraciones por uso de poleas fijas y móviles.
2. Determinar el trabajo realizado por diferentes fuerzas
3. Identificar la energía cinética y la potencial gravitatoria.
4. Verificar laconservación de la energía mecánica

Marco teórico

Los conceptos de energía y trabajo están ligados. La energía es uno de los conceptos físicos importante en la ciencia y esta se presenta de diferentes formas.
Diversos tipos de energía conocemos, así podemos hablar de energía química, hidráulica, energía nuclear, energía calórica, energía mecánica, energía electromagnética, energíaeólica, energía mecánica, etc.

Definición de trabajo (W)

Analicemos una partícula de masa m que se mueve sobre la trayectoria que muestra la figura. El trabajo (dW) ejecutado por una de las fuerzas F que actúa sobre ella en un desplazamiento infinitesimal dr se define como: dW = F dr cosα

Teorema del trabajo y la energía

Este teorema deriva directamente del segundo principio de Newton yrelaciona el trabajo realizado sobre una partícula debido a la fuerza neta o resultante que actúa sobre ella, con la rapidez de la partícula en determinadas posiciones.
Además este teorema es el punto de partida de una generalización de gran alcance en Física: El principio de conservación de la energía mecánica. Si trabajamos con la fuerza neta F que actúa sobre una partícula de masa m, eltrabajo neto (Wneto) realizado por ella entre dos puntos A y B de la trayectoria se puede expresar en función de la energía cinética (K): Wneto =∆ K.
También podemos expresar el trabajo de las fuerzas conservativas como W = -∆U

Principio de conservación de la energía mecánica

De acuerdo al teorema del trabajo y la energía: Wneto = ∆ K
Separemos el trabajo neto en trabajo de fuerza noconservativas WNC y trabajo de fuerzas conservativas WC, entonces podemos escribir: Wc + Wnc = ∆K. si solo consideramos el trabajo de las fuerzas conservativas obtendremos el principio de la conservación de la energía mecánica (E): K˳ + U˳ = K + U = E

Desarrollo del experimento 1: Trabajo (W)

Listado de materiales: -1 polea fija y móvil
-1 bloque de madera
-1 peso de acero
- 2sensores de movimiento
- 1 riel de aluminio

Sobre el riel de aluminio se acomodara un bloque de madera unido a un peso de acero mediante una cuerda y un sistema de poleas (una fija y otra solidariamente móvil). al extremo de cada objeto (bloque de madera y peso de acero) de utilizara un sensor de movimiento para medir la aceleración de cada cuerpo (en el siguiente diagrama se entenderá la ideacorrectamente)

∑Fx = m a; ∑Fy = 0 ∑Fy = 0 ∑Fy = ma
N - m1g = 0 T2 - m2g = m2a2 2T1 - T2 - mpg = mpa2
T1 - f k = m1a1

Resultados

Para el bloque de madera obtuvimos los siguientes resultados

Para el peso de acero obtuvimos los siguientes resultados

De los gráficos podemos desprender las siguientes relaciones del tipo y = mx + c

Para el bloquede madera: V(t) = 2,353t - 3,360
Para el peso de acero: V(t) = -1,364t + 0,554

Donde V(t) representa la componente de la velocidad en un determinado tiempo "t", la pendiente de la recta representa la aceleración, y el coeficiente representa la componente de la velocidad inicial.

Así tenemos que la aceleración del bloque de madera es 2,353 m/s² y la del peso de...