Segunda ley de newton

TRABAJO Y ENERGÍA

OBJETIVO:
Verificar el Teorema Trabajo-Energía Cinética

EQUIPO:
* Plancha de vidrio en marco de madera

* Un disco con sistema eléctrico

* Un chispero electrónico con su fuente de poder

* Dos resortes
* Una hoja de papel eléctrico y dos hojas de papel bond

* Dos pesas de 50g y dos pesas de 100g cada una

* Una regla milimetrada, compásy dos escuadras

* Un cronómetro digital

* Un nivel

FUNDAMENTO TEÓRICO:
Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza F y el cuerpo experimenta un desplazamiento ∆s, se dice que la fuerza ha realizado trabajo sobre el cuerpo; definimos este trabajo mediante la expresión:

∆W = F. ∆s

este trabajo elemental puede ser positivo o negativo dependiendo de las direcciones de F y deldesplazamiento ∆s.

Cuando el cuerpo se mueve a lo largo de una curva por acción de una fuerza variable, entonces en un tiempo muy pequeño dt, el desplazamiento lo escribimos por la expresión diferencial ds, y el elemento de trabajo asociado a este desplazamiento será:

dW = F.ds

donde F se considera esencialmente constante durante este desplazamiento. Para la trayectoria del cuerpo indicada en lafigura 2, entre los puntos i y f, el trabajo realizado entre dos puntos será:

W = ∆Wk = Fk.∆sk

Cuando los desplazamientos ∆sk son muy pequeños, la sumatoria se convierte en la integral:

W = ifF.ds

Se demuestra que este trabajo W es igual a:
W =ECf-ECi = ∆(EC)
“el trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo es igual al cambio de la energía cinética de dichocuerpo”. A este resultado se le conoce como el “Teorema Trabajo-Energía”

Otra forma de escribir la relación (5) es la siguiente:

W = 12mVf2-12mVi2

donde Vf es la velocidad del cuerpo en el punto final y Vi es la velocidad del cuerpo en la posición inicial de la trayectoria considerada.

Para verificar el resultado (9.5) nos valemos de un disco metálico que se encuentra suspendido porun colchón de aire de manera que cuando éste se desplace sobre la superficie plana del vidrio, las fuerzas de fricción se pueden considerar insignificantes. Las fuerzas que obligan al disco a realizar un movimiento curvo en el plano son ejercidas por dos resortes de constantes elásticas diferentes como se muestra en la figura (3a), en la que los puntos A y B son puntos fijos.

Si el disco esconectado a un chispero electrónico, se puede registrar la trayectoria que describe el centro del disco bajo la acción de las fuerzas, como la mostrada en la figura (3b) y de esta manera podemos medir el desplazamiento entre cada par de puntos vecinos; la velocidad instantánea como una aproximación de la velocidad media entre dos marcas vecinas. También podemos medir la elongación( longitud final –longitud natural) de cada resorte y por lo tanto la fuerza que cada resorte ejerce sobre el disco. Así mismo, encontraremos la componente de la fuerza resultante tangente a la trayectoria.

PROCEDIMIENTO:
1. Nivele horizontalmente la superficie de la plancha de vidrio
2. Monte el disco y los resortes como se muestra en la figura 4
3. Encuentre la frecuencia del chispero. Trabaje con lafrecuencia mayor del chispero electrónico.
4. Como ensayo(sin prender el chispero), jale el disco hasta una posición 0, figura (3b) y observe el tipo de trayectoria que describe al ser soltado(repita esta operación varias veces hasta que se observe que el disco cruce su propia trayectoria).
5. Sobre el papel en el que va obtener la trayectoria del disco, marque los puntos A y B,correspondientes a los extremos fijos de los resortes.
6. Lleve el disco hasta una posición 0 y en el momento de soltarlo encienda el chispero. Apague el chispero cuando el disco cruce su propia trayectoria.
7. Repita los pasos 5 y 6 tres veces en diferentes hijas de papel y escoja la hoja que tenga los puntos con mejor nitidez para el análisis de datos.
8. Retire los resortes y mida sus...