Trabajo y energía cinética (experimento)




Universidad de Sonora


Departamento de Ciencias e Ingeniería
Ing. Minero

Práctica #11
Trabajo y energía cinética





27/04/2013
Trabajo y Energía cinética
Objetivo general
Estudiar el teorema de la variación de la energía.
Objetivos particulares
1. Determinar el trabajo realizado por una fuerza constante sobre un objeto en movimiento rectilíneo.
2. Determinar lavariación de la energía cinética.
3. Verificar el teorema del trabajo y energía.
Teoría
El trabajo realizado sobre un objeto por un agente que ejerce una fuerza constante F, está dado por el producto de la componente de la fuerza en la dirección del movimiento multiplicada por la magnitud del desplazamiento; esto es,
W = Fd cosα
Cuando Fcosα apunta en la dirección del desplazamiento, eltrabajo es positivo y cuando apunta en dirección contraria, el trabajo se considera negativo.
En el caso de un objeto que se desliza hacia abajo sobre un plano inclinado sin fricción, la fuerza de gravedad, que es la causante del movimiento, realiza un trabajo dado por
W =mgsenθ (xf – xi)
Donde xf-xi representa el desplazamiento del objeto a lo largo del plano inclinado y mgsenθ es la componente dela fuerza de gravedad en la dirección del desplazamiento (véase la figura 1).
En física, la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinéticasalvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra Ec o Ek (a veces también T o K).
La energía cinética se define por:





Figura 1
Durante el desplazamiento hacia abajo, se observa además que la velocidad del objeto aumenta gradualmente y su energíacinética dada por

También aumenta. La variación de la energía cinética conforme el objeto se desplaza sin fricción es igual al trabajo realizado sobre el objeto, esto es:

A este hecho se le conoce como el teorema de la variación de la energía, o como el teorema del trabajo y la energía (cinética). Esto es, el trabajo realizado por una fuerza constante para mover un objeto en ausencia de fricciónes igual al cambio en la energía cinética del objeto.

Equipo y materiales
1. Riel de aire largo (RA)
2. Cinta de papel registro
3. Cinta adherente
4. Generador de chispa (GC)
5. Cables de conexión
6. Móvil para el riel
7. Una balanza con resolución de un gramo y que pueda medir hasta un kilogramo
8. Dinamómetro.
Procedimiento
1. Utilizando la balanza, medir la masa del móvil yanotar su valor en la tabla I.
2. Utilizando el dinamómetro, medir la componente de la fuerza de gravedad que actúa en la dirección del movimiento. Nota: Antes de medir la fuerza, calibrar el dinamómetro después de colocarlo a lo largo del riel. Anotar su resultado en la tabla I.
3. Cortar una tira de papel registro de 110 cm de longitud y adherirla en la barra superior, desde el inicio delriel, a todo lo largo del mismo.
4. Inclinar el riel de aire un ángulo cercano a 40°.
5. Conectar las salidas del generador de chispas a las terminales del riel de aire.
Peligro: Las chispas son producidas por voltajes muy altos. Tenga cuidado de no tocar la salida del generador o cualquier parte metálica del riel de aire.
6. Conectar el motor del riel de aire y el generador de chispas a latoma de corriente disponible en la mesa.
7. Conectar las salidas del generador de chispas entre el móvil y la barra fija.
8. Hacer funcionar el generador e inmediatamente dejar que el móvil se deslice libremente.
9. Retirar la cinta de papel registro, seleccionar el punto inicial e identificarlo como x0, considerar que en ese punto la posición del móvil es igual a cero y al instante...