Laboratorio De Fisica 9 Unmsm

Laboratorio de Física Nº09

CAMBIO DE LA ENERGIA POTENCIAL



I) OBJETIVOS

✓ Comprobar que la energía se conserva y se transforma.

✓ Definir energía potencial gravitacional y energía potencial elástica de un resorte.
✓ Describir las variaciones de energía potencial que se presenta en un sistema.
✓ Aprender a diferenciar los tipos de energíapotencial y analizarlos con sus respectivas formulas.




II) EXPERIMENTO

a) MODELO FÍSICO

Se dice que un objeto tiene energía cuando está en movimiento, pero también puede tener energía potencial, que es la energía asociada con la posición del objeto. Un ejemplo seria: un pesado ladrillo sostenido en alto tiene energía potencial debido a su posición en relación alsuelo. Tiene la capacidad de efectuar trabajo porque si se suelta caerá al piso debido a la fuerza de gravedad, pudiendo efectuar trabajo sobre otro objeto que se interponga en su caída; un resorte comprimido tiene energía potencial. Por ejemplo, el resorte de un reloj a cuerda transforma su energía efectuando trabajo para mover el horario y el minutero.
Hay varios tipos de energíapotencial: gravitacional, elástica, eléctrica, etc.
Energía Potencial Gravitacional
Se define la energía potencial (EP) gravitacional de un objeto de masa m que se encuentra a una altura y de algún nivel de referencia como:
EPG = mgy 
g es la aceleración de gravedad
Esta definición es totalmente compatible con la definición de trabajo por cuanto el trabajonecesario para elevar la masa m desde el nivel de referencia hasta la altura y es Fy = Peso•y = mgy. El objeto ha acumulado una energía mgy.
Si dejamos que el objeto de masa m caiga libremente bajo la acción de la gravedad sobre una estaca que sobresale del suelo, efectuará un trabajo sobre la estaca igual a la energía cinética que adquiera llegando a ella.
Esta energía cinéticapuede calcularse mediante la ecuación cinemática
vf2 = vi2 + 2gy. Como vi = 0, 
vf2 = 2gy.
La energía cinética justo antes de golpear la estaca es ½mvf2. Reemplazando vf2 por 2gy se obtiene ½ m•2gy = mgy.
O sea, para elevar un objeto de masa m a una altura y se necesita una cantidad de trabajo igual a mgy y una vez en la altura y, el objeto tiene la capacidad deefectuar trabajo igual a mgy.
Notemos que la EPG depende de la altura vertical del objeto sobre algún nivel de referencia, en el caso de este ejemplo, el suelo.
El trabajo necesario para elevar un objeto a una altura y no depende de la trayectoria que se siga. O sea, la trayectoria puede ser vertical o en pendiente u otra y el trabajo para subirlo será el mismo. Igualmente, eltrabajo que puede efectuar al descender tampoco depende de la trayectoria.
¿Desde qué nivel medir la altura y? Lo que realmente importa es el cambio en energía potencial y escogemos un nivel de referencia que sea cómodo para resolver determinado problema. Una vez escogido el nivel, debemos mantenerlo en todo el problema.
Energía Potencial Elástica.
Es la energía asociadacon las materiales elásticos. Se demostrará a continuación que el trabajo para comprimir o estirar un resorte una distancia x es ½kx2, donde k es la constante del resorte.
Sabemos, por ley de Hooke, que la relación entre la fuerza y el desplazamiento en un resorte es F = -kx. El signo menos se debe a que la fuerza siempre se dirige hacia la posición de equilibrio (x = 0). La fuerza F ahoraes variable y ya no podemos usar W = Fdcos[pic].
Encontremos primero una relación general para calcular el trabajo realizado por una fuerza variable, que luego aplicaremos a nuestro resorte
[pic]
Como Fx es aproximadamente constante en cada [pic]x, [pic]W [pic] Fx [pic]x, y el trabajo total puede aproximarse por
[pic]
Si hacemos los intervalos [pic]x...