Fisica

GUIAS ÚNICAS DE LABORATORIO DE FÍSICA I

TRABAJO Y ENERGÍA
ENERGIA POTENCIAL Y CINÈTICA

SANTIAGO DE CALI
UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI
DEPARTAMENTO DE LABORATORIOS

DEPARTAMENTO DE LABORATORIIOS
DEPARTAMENTO DE LABORATOR OS
GUIIAS DE FIISIICA II
GU AS DE F S CA

ENERGÍA POTENCIAL Y CINÉTICA
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
1. OBJETIVO.
Estudiar la ley de la conservación de la energíamecánica.
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
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Observar la variación de la energía cinética en función de la energía
potencial gravitacional de una partícula.
Observar la variación del alcance horizontal en función de la energía
cinética inicial en un tiro parabólico de una partícula.
Efectuar medidas de pendientes en una gráfica realizada en papel
milimetrado.
Determinar indirectamentela ley de la conservación de la energía
mecánica.

3. SISTEMA EXPERIMENTAL
3.1 Material Requerido
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Hilo
Balín de acero
Cuchilla de afeitar
Regla
Papel carbón
Soporte vertical
Plano metálico
Papel milimetrado

3.2 MONTAJE EXPERIMENTAL
En el montaje de la figura, el péndulo está formado por un balín suspendido de
un hilo de coser y la cuchilla de afeitar sedispone exactamente en el punto A,
con el filo dispuesto, de tal forma que corte el hilo cuando el balín llegue a ese
punto, después de soltarse desde una altura h.
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3.3 Chequeo Inicial y Minimización de Errores Sistemáticos
El soporte vertical así como la guía del plano metálico deben estarfijos a la
mesa. Verifique que la nuez que asegure la varilla de la cual va a pender el hilo
esté bien ajustada. Asegúrese que el plano metálico se coloque de tal forma que
el plano del movimiento del balín coincida con él. Esta verificación debe hacerse
cada vez que va a liberar el balín desde una altura h.
4. CONSIDERACIONES TEORICAS
Empecemos recordando que la suma de la energía cinética ypotencial
gravitacional de un objeto de masa m que se encuentra en un campo
gravitacional g se conserva en el tiempo y se conoce como energía mecánica,
esto es
E=K+U
(3.1)
Donde K la energía cinética dada por
K = mv2/2

(3.2)

Y v la velocidad del objeto. U es la energía potencial dada por
U = mgh

(3.3)

Donde g es la aceleración de la gravedad, esto es la magnitud del campogravitacional 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.
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Entonces para un objeto que pasa de una situación inicial (i) a una final (f), es
posible aplicar la ley de la conservación de la energía en laforma
Esto es,

Ki + Ui = Kf + Uf

(3.4)

Mvi2/2 + mghi = mvf2/2 + mghf

(3.5)

Como Usted habrá observado a medida que h se incrementa, el alcance
horizontal del balín, x, también aumenta. De igual manera es posible que Usted
haya percibido que cada vez que se aumenta h, es decir, cada vez que aumenta
la energía potencial gravitacional del balín, también aumenta la velocidad con
queéste abandona el punto A. Esto significa que x crece con la velocidad del
balín en ese punto. Entonces si x crece con la velocidad del balín en el punto A,
Usted podría pensar que x crece con la energía cinética que el balín ha adquirido
en A.
La ley de la conservación de la energía establece que la energía cinética del
Balín en el punto A, mv2/2, es igual a la energía potencial gravitacionaldel balín
antes de ser liberado, mgh, medida desde la horizontal que pasa por A, esto es
mgh = mv2/2.

(3.6)

Además, Usted recuerda que cuando una partícula describe una trayectoria
parabólica el alcance horizontal, x, está dado por
x = vt,

(3.7)

donde v es la componente horizontal de la velocidad inicial (velocidad del balín
cuando pasa por el punto A) y t es el tiempo de vuelo...