Práctica de Laboratorio - Ley del trabajo y la energía

CENTRO DE CIENCIAS BÁSICAS
DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICAS Y FÍSICA

CINEMÁTICA Y DINÁMICA
PRÁCTICA #8
“TRABAJO Y CONSERVACIÓN DE ENRGÍA”

“LOS NEWTONS”
DÍAZ MARTÍNEZ ISAAC
TACHIQUÍN RAMÍREZ GEORGINA
TOSCANO CABRERA EDNA


Fecha de realización: 14 de octubre de 2013
Fecha de entrega: 04 de noviembre de 2013
OBJETIVOS

- Comprender los conceptos de trabajo y energía, y verificar queésta última se conserva.

HIPÓTESIS

El trabajo neto efectuado por las fuerzas que actúan sobre una partícula es igual al cambio en la energía cinética de la partícula.

MARCO TEÓRICO

Energía es uno de los conceptos más importantes en ciencia. Aunque no se puede dar una definición general simple de energía en unas cuantas palabras, sí es posible definir cada tipo específico de energía demanera bastante sencilla. El aspecto crucial de los diferentes tipos de energía es que la suma de todos ellos, la energía total, es la misma después de cualquier proceso de lo que era antes; es decir, la “energía” es una cantidad que se conserva.
La energía se define en la forma tradicional como “la capacidad de realizar un trabajo”. Esta definición simple no es muy precisa ni tampoco es válidapara todos los tipos de energía. Sin embargo, es válida para la energía mecánica que se estudia en este capítulo y sirve para subrayar la conexión fundamental entre trabajo y energía. A continuación se definirá y analizará uno de los tipos básicos de energía: la cinética.
Para obtener la definición cuantitativa de la energía cinética, consideramos un objeto rígido de masa m que se mueve en unalínea recta con una rapidez inicial . Para acelerarlo uniformemente a una rapidez , sobre él se ejerce una fuerza neta constante paralela a su movimiento sobre un desplazamiento . Entonces el trabajo neto efectuado sobre el objeto es . Se aplica la segunda ley de Newton, y se emplea la ecuación , con , como la rapidez inicial y como la rapidez final.
Si se tiene , y luego, se sustituye esto en yse determina el trabajo efectuado:

La cantidad se define como la energía cinética de traslación del objeto.
La ecuación de , expresada aquí para el movimiento de traslación de un objeto en tres dimensiones e incluso si la fuerza varía. Por tanto, la ecuación es un resultado importante conocido como el principio trabajo-energía. Con palabras, se enuncia como:
El trabajo neto realizado sobreun objeto es igual al cambio en la energía cinética de este último.
Hay que notar que se utilizó la segunda ley de Newton, , donde es la fuerza neta, es decir, la suma de todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. una fuerza neta ejercida sobre un objeto, que es opuesta a la dirección del movimiento del objeto, disminuye su rapidez y su energía cinética.
Acabemos de analizar cómo es que unobjeto tiene energía en virtud de su movimiento, a lo que se le llama energía cinética. Pero también es posible tener energía potencial, que es la energía asociada con las fuerzas que dependen de la posición o configuración de un objeto en relación con su entorno. Existen varios tipos de energía potencial (EP), y cada uno está asociado con una fuerza particular.
Se tiene la siguiente expresión, queindica que el trabajo efectuado por una fuerza externa para mover al objeto de masa desde el punto 1 hasta el punto 2 (sin aceleración) es igual al cambio en la energía potencial entre las posiciones 1 y 2.


Ahora, existen otros tipos de energía potencial además de la gravitacional. En general, el cambio en la energía potencial asociado con una fuerza particular es igual al negativo deltrabajo efectuado por dicha fuerza si el objeto se mueve desde un punto hasta un segundo punto.
Consideremos ahora, otro tipo de energía potencial, la asociada con los materiales elásticos. Esto es,

donde es una constante, conocida como constante de rigidez de resorte y es una medida de la rigidez del resorte particular. El resorte alargado o comprimido ejerce una fuerza en la dirección...