58142185 TRABAJO Y ENERGIA

TRABAJO Y ENERGÍA



I. OBJETIVOS

Verificar el teorema Trabajo – Energía Cinética.
Con ejemplos sencillos, apreciar la importancia de los conceptos de Trabajo y Energía.
Determinar la constante elástica de un muelle, k, mediante la aplicación directa de la ley de Hooke, es decir midiendo la proporcionalidad entre fuerzas y alargamientos.



II. FUNDAMENTO TEORICO


TRABAJO:

Cuando sobre uncuerpo actúa una fuerza F y el cuerpo experimenta un desplazamiento S, se dice que la fuerza ha realizado trabajo sobre el cuerpo. El trabajo se define por la expresión:




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 pasa a ser una expresión diferencial ds y el elemento de trabajo asociado a estedesplazamiento será:



Donde F se considera esencialmente constante durante este desplazamiento.






Para la trayectoria del cuerpo de la siguiente figura, entre los puntos i y f, el trabajo realizado será:




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


Se demuestra que este trabajo W es igual a:



El trabajo realizado por la fuerza resultanteque actúa sobre un cuerpo es igual al cambio de energía cinética de dicho cuerpo.
Lo cual es equivalente a:



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


FUERZAS CONSERVATIVAS Y NO CONSERVATIVAS:

Una fuerza es conservativa si el trabajo efectuado por ella (en el viaje de ida y vuelta) es cero. Unafuerza es no conservativa si el trabajo efectuado por ella (en el viaje de ida y vuelta) es distinto de cero.


ENERGÍA CINÉTICA

La posee todo cuerpo en movimiento de traslación y se representa por:

ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
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:

g es la aceleración de gravedadEsta definición es totalmente compatible con la definición de trabajo por cuanto el trabajo necesario para elevar la masa “m” desde el nivel de referencia hasta la altura “y” es F. y = Peso . y = m .g. y. El objeto ha acumulado una energía m.g.y.


ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA

Es la energía asociada con las materiales elásticos.
Un resorte obedece la Ley de Hooke, cuando al ser estirado ocomprimido una distancia x, el resorte se opone a tal deformación con una fuerza F, cuya magnitud es proporcional a la deformación x, la cual trata de que el resorte recupere su longitud original:


La energía potencial elástica de un resorte que obedece la Ley de Hooke cuando esta deformado una longitud x es:



ENERGÍA MECÁNICA

Es la suma de las energías potencial y cinética de un cuerpo osistema.
Para un sistema masa-resorte se tiene:




III. EQUIPO

Plancha de vidrio en marco de madera
Un disco con sistema eléctrico
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, compás y escuadras
Un cronómetro digital
Un nivel






IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1.Nivele horizontalmente la superficie de la plancha d vidrio.
2. Monte el disco y coloque los resortes.
3. Encuentre la frecuencia del chispero, trabaje con la frecuencia mayor del chispero electrónico.
4. sobre el papel en el que va a obtener la trayectoria del disco, marque los puntos A y B correspondientes a los extremos fijos de los resortes.
5. Lleve el disco hasta una posición O y en el momentode soltarlo encienda el chispero. Apague el chispero cuando el disco cruce su propia trayectoria.
6. Retire los resortes y mida sus longitudes naturales.
7. Encuentre la curva de calibración para cada uno de los resortes.




V. CÁLCULOS Y RESULTADOS

Usar la hoja donde quedó registrada la trayectoria del disco.

1. Identifique con números cada marca dejada por el chispero durante el recorrido...