Experiencia P19: Teorema del Trabajo y la Energía Sensor de fuerza, puerta fotoeléctrica / polea
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- Elena Herrero Espinoza
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1 Experiencia P19: Teorema del Trabajo y la Energía Sensor de fuerza, puerta fotoeléctrica / polea Tema DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) Energía P19 Work Energy.DS P Work-Energy Theorem P_WORK.SWS Equipo necesario Cant. Equipo necesario Cant. Sensor de fuerza (CI-6746) 1 Masas y soportes (ME-8967) 1 Puerta fotoeléctrica / Polea (ME-6838) 1 Hilo (SE-8050) 1 m Balanza (SE-873) 1 Abrazadera universal (ME-9376) 1 Carrito (incl. con carril) 1 Carril de 1. m (ME-9435A) 1 IDEAS PREVIAS Utilizando la definición de trabajo de la sección Fundamento Teórico, trabaja una persona al estudiar? Trabaja una persona al levantar una mochila del suelo? FUNDAMENTO TEÓRICO Para un objeto de masa m que experimenta una fuerza neta Fnet a lo largo de una distancia d paralela a la fuerza neta, el trabajo realizado es igual a: W Fneta d Si el trabajo modifica la posición vertical del objeto, la energía potencial gravitatoria del objeto cambiaría. De cualquier modo, si el trabajo modifica sólo la velocidad del objeto, la energía cinética del objeto cambia de la siguiente forma: W E c E cf E ci 1 mv f 1 mv i donde W es el trabajo, vf es la velocidad final del objeto y vi es la velocidad inicial del objeto PASCO scientific P19.1
2 RECUERDE No permita que el carrito se aleje demasiado. Sujete el carrito antes de que choque con el tope o se salga del carril. Siga las instrucciones de utilización del equipo. PROCEDIMIENTO El objetivo de esta experiencia es comparar el trabajo aplicado sobre un objeto y la variación de su energía cinética. Utilice el Sensor de fuerza para medir la fuerza aplicada sobre el carrito. Utilice la puerta fotoeléctrica y la polea para medir el movimiento del carrito a medida que es arrastrado por el peso de una masa. A continuación, utilice el DataStudio o el ScienceWorkshop para representar y analizar los datos. PARTE I: CONFIGURACIÓN DEL ORDENADOR 1. Conecte el interfaz de ScienceWorkshop al ordenador, encienda el interfaz y el ordenador.. Conecte la clavija digital de la Puerta fotoeléctrica en el Canal digital Conecte la clavija DIN del Sensor de fuerza en el Canal analógico A. 4. Abra el archivo titulado: DataStudio ScienceWorkshop (Mac) ScienceWorkshop (Win) P19 Work Energy.DS P Work-Energy Theorem P_WORK.SWS El archivo DataStudio contiene el Workbook. Lea las instrucciones en el Workbook. El archivo ScienceWorkshop contiene una gráfica de fuerza frente a distancia y una tabla de la velocidad. La recogida de datos está fijada en 50 Hz para el Sensor de fuerza. PARTE II: CALIBRADO DEL SENSOR Y MONTAJE DEL EQUIPO No se necesita calibrar la Puerta fotoeléctrica. Para calibrar el Sensor de fuerza, lea las instrucciones en el manual PASCO scientific P19.
3 1. Utilice el tornillo que viene con el Sensor de fuerza para montarlo sobre la bandeja accesoria del carrito.. Mida la masa del carrito y el Sensor de fuerza, y registre el valor en la tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio. 3. Sitúe el carril sobre una superficie horizontal. Nivele el carril empleando el carrito. Si el carrito se desplaza, utilice los pies ajustables de uno de los extremos para subir o bajar ese extremo hasta nivelar el carril y que el carrito no se mueva. 4. Ponga un tope en el extremo derecho del carril. Sitúe el carrito junto al tope. 5. Uilice el soporte de la polea para montarla en la ranura de la puerta fotoeléctrica. 6. Monte una abrazadera de mesa en el extremo del carril. Monte la Puerta y la polea en la abrazadera de modo que la parte alta de la polea esté a la misma altura que el enganche del Sensor de fuerza sobre el carrito. 7. Utilice un hilo 10 cm más largo que la distancia existente entre la parte alta de la polea y el suelo. Ate un extremo del hilo al enganche del Sensor de fuerza. Coloque el hilo sobre la polea. 8. Presione el botón de tarado del Sensor de fuerza. 9. Ate un objeto de masa conocida en el otro extremo del hilo de modo que el objeto esté justo sobre el suelo cuando el carrito esté junto al tope del carril. Registre el valor de la masa en la tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio. PARTE III: RECOGIDA DE DATOS 1. Tire del carrito en dirección opuesta a la puerta fotoeléctrica de manera que la masa atada al hilo esté exactamente junto a la polea.. Gire la polea de modo que no bloquee el rayo de la puerta fotoeléctrica (el diodo LED de la puerta no está encendido). 3. Comience la recogida de datos. 4. Libere el carrito para que se mueva hacia la puerta. 5. Finalice la recogida de datos justo antes de que el carrito alcance el tope del carril PASCO scientific P19.3
4 En la lista de datos de la ventana de configuración del experimento aparecerá Serie #1. ANÁLISIS DE DATOS 1. Haga clic en la tabla para activarla. Haga clic en el botón Estadísticas ( ). Las estadísticas aparecerán al final de la tabla.. Registre el valor de la velocidad máxima para la Serie #1 en la tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio. 3. Utilice la calculadora para determinar la energía cinética. En el DataStudio, haga clic en el botón Calculate ( ) en la barra de herramientas. Se abrirá la ventana Calculadora. La ventana muestra el cálculo de la energía cinética creada como parte de esta experiencia. Si el valor total de la masa del carrito, el Sensor y la masa de la polea es diferente, seleccione el valor de la masa en la ventana masa y escriba el valor de la masa. Haga clic en el botón Accept para guardar el cambio. Cierre la ventana Calculator. El cálculo de la energía cinética aparecerá en la tabla. Si no aparece, arrastre el icono de la tabla hasta la calculadora.. En el ScienceWorkshop, para hacer un cálculo de la energía cinética, haga clic en el botón Calculadora ( ) en la ventana de configuración del experimento. En el área de la fórmula, escriba 0.5 y haga clic en el botón multipicación ( ). Escriba la masa total del carrito más el Sensor más la masa de la polea y haga clic en el botón multiplicación de nuevo. Haga clic en el botón Menú INPUT ( Escriba ^. ). Seleccione Digital 1, Velocidad (v) PASCO scientific P19.4
5 Escriba Energía cinética en el área Nombre de la Calculadora. Escriba EQ en el área siglas. Escriba J en el área unidades. Presione <enter> o <return> en el teclado. Haga clic en la tabla. Haga clic en el botón Añadir gráfica ( Cálculo, Energía cinética. ). Seleccione 4. En la tabla, determine el valor máximo de EQ. Registre este valor en la tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio. 5. Haga clic en la gráfica para activarla. 6. En la gráfica de fuerza frente a posición, pinche y arrastre el cursor para seleccionar los datos correspondientes al movimiento. 7. Integre para calcular el área bajo la curva de fuerza frente a posición. En el DataStudio, haga clic en el botón Statistics menu ( ) y seleccione Area. En el ScienceWorkshop, haga clic en el botón Estadísticas ( ) para abrir el área estadística a la derecha de la gráfica. En el área estadística, haga clic en el botón Menú de Estadísticas ( ). Seleccione Integración. 8. Registre el valor absoluto de la integración en la tabla de datos de la sección Informe de Laboratorio. Anote sus resultados en al sección Informe de Laboratorio PASCO scientific P19.5
6 Informe de Laboratorio Experiencia P19: Teorema del Trabajo y la Energía Utilizando la definición de trabajo de la sección Fundamento Teórico, trabaja una persona al estudiar? Trabaja una persona al levantar una mochila del suelo? Tabla de Datos Medida Masa (colgante) Masa (carrito + Sensor + masa adicional) Velocidad máxima E cinética máxima Trabajo (integración) Valor kg kg m/s J Nm CONCLUSIONES Y APLICACIONES 1. Determine el porcentaje de la diferencia entre la Ec máxima y el trabajo.. Qué razones pueden motivar las diferencias? OPCIONAL Repita la recogida de datos y el análisis después de añadir una masa al carrito. Antes del registro de datos, sujete el carrito y tire del hilo hacia el carrito para anular la fuerza de la pesa colgante, y presione el botón de tarado para poner a cero el Sensor. A continuación, fije de nuevo la masa que cuelga y comience la recogida de datos PASCO scientific P19.6
7 Tabla de Datos Medida Masa (colgante) Masa (carrito + Sensor + masa adicional) Velocidad máxima E cinética máxima Trabajo (integración) Valor CONCLUSIONES 1. Determine el porcentaje de la diferencia entre la Ec máxima y el trabajo.. Compare los datos obtenidos con la masa adicional, con los datos obtenidos en la experiencia original PASCO scientific P19.7
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