Tiro parabólico

Práctica No.3: Conservación de la energía I
Tiro parabólico y momentos de torsión
Objetivos
Al finalizar la práctica, los alumnos:
* Comprenderán el comportamiento del tiro parabólico, realizando un análisis energético de un móvil a lo largo de una trayectoria parabólica.
* Aplicarán las ecuaciones básicas para el cálculo del tiro parabólico comparando resultados teóricos yprácticos.
* Comprobarán experimentalmente el equilibrio estático mediante una suma de momentos alrededor de un punto.
* Inferirán, a partir de la Ley de la Conservación de la Energía, el concepto de balance de energía y su relación con el movimiento y equilibrio de un cuerpo.

Introducción

En Física se define la energía como la capacidad para realizar un trabajo. Trabajo entendido en elsentido físico del término, esto es, el producido por una fuerza cuando su punto de aplicación se desplaza. Cuando un sistema realiza un trabajo sobre otro, se transfiere energía entre los dos sistemas.
La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. Todos los cuerpos, por el sólo hecho de estar formados demateria, contienen energía, además, pueden poseer energía adicional debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura y a algunas otra propiedades. Por ejemplo se puede decir que un sistema con energía cinética nula está en reposo. La variación de energía de un sistema es igual en magnitud al trabajo requerido para llevar al sistema desde un estado inicial al estadoactual. El estado inicial es totalmente arbitrario.
La energía no es un ente físico real, ni una "substancia intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos.
El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fáciltrabajar con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes. En sistemas aislados además la energía total tiene la propiedad de conservarse es decir ser invariante en el tiempo. Matemáticamente laconservación de la energía para un sistema es una consecuencia directa de que las ecuaciones de evolución de ese sistema sean independientes del instante de tiempo considerado, de acuerdo con el teorema de Noether.
El Sistema Internacional de unidades, utiliza el julio (J) como unidad de medida, que es la energía producida por la fuerza de un newton al desplazar su punto de aplicación un metro ensu misma dirección y sentido.
1 cal = 4,18398 J
Tonelada equivalente de petróleo (tep). Es la cantidad de energía liberada al quemar una tonelada de petróleo. 1 tep = 42 GJ.
Tonelada equivalente de carbón (tec). Igual que la anterior. 1 tec = 28 GJ.
Barril equivalente de petróleo (bep). Energía liberada en la combustión de un barril de petróleo. 1 bep = 5,730 MJ.
1ª Ley de la Termodinámica:la energía ni se crea ni se destruye, sólo puede transformarse de una de sus formas en otra. En otras palabras la energía total del Universo es constante. Se conoce también como Ley de Conservación de la Energía.

Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medioque no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme. Puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos: un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.

Consideremos un proyectil que se mueve en el vacío, en un plano con coordenadas tales que el eje x´s es el suelo y el proyectil...