Laboratrorio De Fisica Num.9

CAMBIOS EN LA ENERGÍA POTENCIAL

EXPERIENCIA Nº 9

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

EQUIPOS Y MATERIALES
Resorte
Porta pesas
Regla graduada
Hojas de papel milimetrado (5)
Juego de masas, Soporte de laboratorio
Pesas: 0,5 Kg., 1 kg.

INFORMACIÓN TEÓRICA

CONCEPTOS GENERALES:
Energía: Es una magnitud física escalar quesirve de medida general a las distintas formas de movimiento de la materia que se estudia en la física.

Energía Potencial (U): Es la capacidad de un cuerpo (partícula), sobre el que actúa una fuerza conservativa, de realizar trabajo. Esta facultad del cuerpo de efectuar trabajo depende de su configuración o posición que ocupa en el espacio.

Energía Mecánica: Se llama energía mecánica oenergía mecánica total, de un sistema físico, a la energía del movimiento mecánico más la energía de interacción.

Los sólidos elásticos son aquellos que se recupera, más o menos rápidamente, a su conformación definida originalmente al cesar la causa de la deformación. En realidad, todos los cuerpos son deformados. Excedido un cierto límite el cuerpo pierde sus características elásticas. Losresortes se estiran cuando se le aplican fuerzas 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 deformación.
Fx=-kx
Donde k es una constante elástica, su valor depende de la forma y de las propiedades elásticas del cuerpo. El signo negativo indica que la fuerza elásticadel resorte siempre se opone a la deformación (estiramiento o comprensión).

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 alestirarse un resorte el trabajo realizado es:

Donde x es el estiramiento (elongación) producido por la fuerza promedio en el resorte.
La Fig. 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 una masa m sostenida en x0. Se le hace descender estirando el resorte una pequeñadistancia 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.










Xo



X1 Y1


H


X2 Y2

Yo

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

Esto define el cambio de energía potencial elástica producido en el resorte. La energía se expresa en joules.
Por otro lado, el cambio de energía potencial gravitatoria experimentada por la masa m esta dada por:


Para medir la energía potencial gravitatoria Ug(=mgy) se puede considerar el sistema de referencia en la vertical, con yo en la base. Eneste caso otra forma de escribir la ecuación del cambio de energía potencial gravitatoria es:

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 fácilmente mensurable.

ALGUNOS GRÁFICOS















PROCEDIMIENTO

Monte el equipo tal como se muestra enla Figura 1 y haga coincidir el extremo inferior del resorte con el cero de la escala graduada o un 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.
En el experimento hemos tomado el punto x0=60 cm.

Cuelgue el portapesas del extremo del resorte. Es posible que esto produzca un pequeño estiramiento...