Guía

ESCUELA DE FÍSICA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLÍN
LABORATORIO DE FÍSICA MECÁNICA
PRÁCTICA N° 11

TEMA : CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

OBJETIVO GENERAL


Determinar la cantidad de energía mecánica de un sistema aislado.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Determinar el valor de la velocidad instantánea con la que se mueve un cuerpo cuando cae
libremente.
Verificar el principio deconservación de la energía.

1. FUNDAMENTO TEÓRICO
Como lo dijo R. P. Feynman (1918-1988), premio Nobel de Física en 1965: “Es importante constatar
que en la física de hoy, no sabemos lo que es energía”. En otras palabras se puede decir que el
concepto de energía es tan básico que su definición es esencialmente operacional.
Sin embargo cuando se pide dar una definición que no sea la operacional (o sea lapropia fórmula) el
reto ya es MUY complicado, lo mejor es conformarse con hacer una descripción de la energía con
base en sus manifestaciones así:



La energía cinética es la que poseen los cuerpos debido a su movimiento.
La energía potencial es la que poseen los cuerpos debido a su posición o configuración. Ésta
se considera almacenada.

La energía cinética de un sistema es una cantidad escalarque por definición puede hallarse como:

K

1
mV 2
2

(1)

donde m es la masa del sistema y V la rapidez del mismo. Notar que la rapidez es la magnitud de la
velocidad por tanto la energía cinética no depende de la dirección en que se mueve el cuerpo.

La energía potencial U también es una cantidad escalar, la cual puede clasificarse en energía
potencial gravitacional y energía potencial elástica.La energía potencial gravitacional, por definición,
puede hallarse como:

U g  mgh

(2)

donde g es la aceleración de la gravedad y h es la altura a la que se encuentra el cuerpo. Esta altura
se mide respecto a un nivel de referencia definido por el usuario, teniendo en cuenta que alturas
medidas sobre el nivel de referencia serán positivas y alturas medidas por debajo del nivel de
referenciaserán negativas. Para escoger el nivel de referencia se recomienda tomar la altura más baja
que alcanza el cuerpo durante su trayectoria.
La energía potencial elástica es energía potencial almacenada como consecuencia de la deformación
de un objeto elástico, por ejemplo el estiramiento de un resorte. Esta energía potencial elástica se
define como:

1
U e  k x2
2

(3)

donde k es la constanteelástica del resorte y x es la deformación del mismo. La energía mecánica
de un sistema se define como la suma de las energías cinética y potencial (gravitacional y elástica) del
cuerpo:

E  K U

(4)

Puede demostrarse que cuando todas las fuerzas que realizan trabajo sobre un cuerpo son
conservativas la energía mecánica total del sistema se mantiene constante durante el movimiento.
Esta es ladenominada ley de conservación de la energía [1].

Figura 1. Energía Mecánica. Tomado de la referencia [2].
En esta práctica se estudiará un cuerpo se suelta desde el reposo y cae libremente (ver Figura 1) por
lo que durante su trayectoria, la única fuerza que actúa sobre el será su propio peso. Debido a que el
peso es una fuerza conservativa se puede demostrar que si un cuerpo cae libremente su energíamecánica se conserva durante toda la trayectoria.

Si te toma como nivel de referencia el suelo ( y  0 ) y un cuerpo se deja caer en caída libre, a medida
que desciende pierde energía potencial y gana energía cinética, de tal forma que el total de las dos
clases de energía siempre permanece constante.

2. TRABAJO ANALITICO
Suponga una partícula descendiendo en caída libre (ver la Figura 2).Aplicando el principio de
conservación de la energía, se puede afirmar que la energía mecánica de la partícula permanece
constante durante su trayectoria, por tanto se puede afirmar que la energía de la partícula en las
posiciones A y B permanece constante:

E A  EB

(5)

Figura 2. Partícula en caída libre.
A partir de las definiciones de energía cinética (1), energía potencial gravitacional (2),...