Laboratorio trabajo y energía

TRABAJO Y ENERGÍA

1). 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.

2).FUNDAMENTO TEORICO

TRABAJO:

Cuandosobre un cuerpo 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 aceleraciónde gravedad
Esta 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 serestirado o comprimido 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 deun cuerpo o sistema.
Para un sistema masa-resorte se tiene:

3). EQUIPOS Y MATERIALES.

- Fuente de voltaje
- Chispero
- Disco o Pack.
- Una polea.
- Un baldecito
- Pesas de 20, 50, 100 gr.
- Un resorte constante K.
- 1/2 pliego de papelógrafo.
- Un cronometro.
- Un nivel.

4). PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

Parte A:

Determinar la constante del resorte mediante la ley de Hooke.- Suspender el resorte de uno de sus extremos.
- Medir la longitud natural del resorte L0.
- En el otro extremo colocar una canastilla.
- Sobre la canastilla ir colocando masa de 20, 50, 70, 100, 120 y 150 gr.
- Para cada masa, anotar los estiramientos del resorte.
- Hacer un ajuste de curva lineal de fuerza Vs Estiramiento para determinar el K del resorte.

Parte B:

Determinar latrayectoria del disco Pack.

- Anotar la masa del disco pack.
-Verificar que las conexiones eléctricas estén bien puestas sobre el tablero eléctrico.
-Elegir convenientemente un punto fijo en la cual estará puesta un extremo del resorte.
- Medir la inclinación del tablero.
-Trazar una línea de referencia en la dirección de la aceleración (paralela al tablero inclinado a = g sen (θ)).
- Soltar...