Laboratorio De Disipación De La Energía Mecánica

Laboratorio de Mecánica. Experimento 13 Versión para el alumno

Disipación de energía mecánica
Objetivo general El estudiante medirá la energía que se pierde por la acción de la fuerza de rozamiento. Objetivos particulares 1. Determinar los cambios de la energía cinética de un móvil en presencia de fuerzas de rozamiento. 2. Determinar la perdida de energía mecánica debida a la fuerza derozamiento. 3. Medir el coeficiente de fricción cinético. Teoría Se dice que una fuerza es conservativa cuando el trabajo realizado por dicha fuerza para mover un cuerpo no depende de la trayectoria seguida (la fuerza gravitacional es una fuerza de este tipo). En este caso cualquier cambio de la energía potencial debe ser compensado con un cambio igual y opuesto de la energía cinética, como se vio en elexperimento Conservación de la energía mecánica. Cuando el trabajo es únicamente función de las coordenadas, se puede definir una función de energía potencial tal que el trabajo realizado sea igual a la disminución de la energía potencial. Wc = −∆U Donde Wc es el trabajo conservativo y ∆U = U f − U i es el cambio de la energía potencial. Por otro lado, cuando el trabajo realizado por una fuerzapara mover un cuerpo sí depende de la trayectoria, se dice que esta fuerza es no conservativa o fuerza disipativa (la fuerza de fricción o de rozamiento es una fuerza de este tipo). En tal caso, el teorema trabajo-energía se expresa como

Wc + Wnc = ∆K
Donde Wnc es el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas. Como Wc = −∆U se tiene

Wnc = ∆K + ∆U = ( K f − K i ) + (U f − U i ) = ( Kf + U f ) − ( K i + U i )
Pero la energía mecánica E = K + U . Por lo tanto 77

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Wnc = E f − Ei
Esto significa que el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas es igual al cambio de la energía mecánica total del sistema. En el presente experimento, se estudiará el movimiento de un móvil que se desliza sobre un planoinclinado con fricción. El trabajo realizado por la fuerza de gravedad (conservativa) está dado por Wc = W g = (mgsenθ )d . Asimismo, el trabajo de la fuerza de fricción esta dado por

Wnc = f k d cos180 0 = − f k d
Donde mgsenθ es la componente de la fuerza de gravedad en la dirección de movimiento del móvil, f k es la fuerza de fricción cinética y d es la distancia recorrida sobre el riel.Combinando las dos últimas ecuaciones se obtiene que

E f − Ei = − f k d
donde

fk = µk N

tal como se ilustra en la figura 1. µ k es el coeficiente de fricción cinético y N es la fuerza normal dada por N = mg cos θ . En el caso del objeto que se desliza hacia abajo sobre el plano inclinado, a partir de la segunda ley de Newton, se obtiene

N − mg cosθ = 0 ma = Fg − µ k N
donde Fg = mgsenθ .Despejando el coeficiente de fricción µ k , se obtiene

µk =

Fg − ma mg cos θ

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fk =µkΝ XO

N Fx = mgsenθ Fx = mgsenθ

hO

Wy = mgcosθ

θ

XF

X

hF

Figura 1 Equipo y materiales 1. Riel de aire (RA) 2. Cinta de papel registro 3. Cinta adherente 4. Generador de chispa (GC) 5. Móvil para el riel 6.Balanza con resolución de un gramo y que pueda medir hasta un kilogramo 7. Transportador con plomada 8. Regla graduada Procedimiento 1. Inclinar el riel de aire un ángulo de 50 grados, aproximadamente, medir el ángulo cuidadosamente y anotar el resultado en la tabla I. 2. Con la balanza, medir la masa del móvil y anotar el resultado en la tabla I. 3. Cortar una tira de papel registro de aproximadamente100 cm de longitud y adherirla en la barra superior del riel, desde la parte más alta. 4. Conectar el GC a la toma de corriente. 5. Conectar la salida del GC a las terminales correspondientes en el riel de aire. 6. Colocar el móvil en la parte superior del riel de aire y mantenerlo allí mediante un trozo de madera o cualquier otro objeto aislante. 7. Accionar el disparador del GC, y soltar el...