Dinámica de rotación


Informe de la práctica 3:
Dinámica de rotación – Conservación de la energía

I. Introducción:

-Título: Dinámica de rotación: Conservación de la energía.
-Objetivo de la práctica: Comprobar la conservación de la energía en el sistema.
-Material necesario: Aparato rotacional, polea, adaptador USB, masas colgantes, hilo, nivel, PC con software DataStudio.


II. Fundamentación teórica:La ley de conservación de la energía expresa que la energía no puede ser creada ni destruida. Puede transformarse de una a otra, pero la cantidad total de energía siempre permanece constante.
La suma de la energía cinética y potencial gravitacional de un objeto de masa m que se encuentra en un campo gravitacional se conserva en el tiempo y se conoce como energía mecánica, esto es:
Em = Ec + UDonde Ec es la energía cinética dada por:
Ec = mV2/2.
U es la energía potencial dada por:
U = mgh.
V es la velocidad del objeto. G es la aceleración de la gravedad, esto es la magnitud del campo gravitacional g y h la altura a la cual se encuentra el objeto, medida desde el nivel de referencia que se use para determinar la energía potencial.
Suponemos que se llama A al punto en el que elobjeto tiene energía potencial igual a cero; es decir, en A se toma para la altura el valor cero. La ley de la conservación de la energía establece que la energía cinética del objeto en el punto A, es igual a la energía potencial gravitacional del objeto antes de ser liberado (medida desde la horizontal que pasa por A), esto es:
mgh = mV2/2

Por otra parte, la energía cinética del sólidocausada por el movimiento de rotación será:
Ec(rot)=Iw2/2


Esta energía corresponde a la energía cinética interna, ya que tiene está referida al centro de masas. Si éste a su vez se está moviendo con respecto a un origen, la energía cinética total del sólido se calculará sumando la energía cinética de rotación y la de traslación del centro de masas:

Si se cumple el teorema de conservación de laenergía, esta Ec en el punto A, debe ser igual a la energía potencial U al principio del experimento.


III. Diseño experimental:

Hipótesis:
Se pretende demostrar que la energía mecánica del sistema se conserva. Para ello, se calculará el valor de la energía cinética del sistema al llegar a la altura h=0 y se igualará con la energía potencial del sistema al comienzo del experimento. Seespera que ambos valores calculados para la energía potencial coincidan.

Procedimiento seguido:
Se monta la instalación y se colocan los pesos en el extremo del hilo. Estando estáticas las masas colgantes, se toma como altura máxima aquella desde la que se va a dejar caer el cuerpo. Seguido se pasa a determinar el nivel de h=0. Se deja caer suavemente el peso hasta el punto en el que el hiloalcanza su elongación máxima y el cuerpo ya no descenderá más; esta será la altura h=0.
Para la experiencia, se enrolla el hilo alrededor del aparato rotacional hasta elevar el objeto a la altura tomada como máxima. Se deja rotar el aparato rotacional en el mismo momento en el que se acciona el cronómetro; así, el cuerpo comenzará a descender. Cuando el objeto rebota hacia arriba debido a latensión del hilo, se detiene el cronómetro. Para el experimento sólo se tomaran en cuenta los valores de la velocidad angular medidos antes de que el cuerpo rebote.

Ventajas e inconvenientes:
Las posibles ventajas del experimento es que el software DataStudio nos permite determinar con gran precisión el valor de la velocidad angular.
Como inconvenientes podríamos citar la dificultad de colocarsiempre el objeto a la misma altura inicial para dejarlo caer, así como el controlar que el descenso sea totalmente en vertical, sin que se desvíe de su trayectoria. Además, el cronómetro no se acciona en el preciso instante en el que el aparato rotacional se deja en libertad.


IV. Resultados obtenidos:

Prueba nº1:
Para los ensayos 1 al 3, utilizamos una masa total de 105,5gr, dejándola...