Taller 8: Trabajo y Teoremas de Conservación de Energía Mecánica Carlos Andrés Collazos Morales

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Enrique Díaz Fuentes
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1 Taller 8: Trabajo y Teoremas de Conservación de Energía Mecánica Carlos Andrés Collazos Morales Copyright 004 by W. H. Freeman & Company

2 1. OBJETIVOS Usar teoremas de conservación de energía mecánica en el ámbito ideal y con fricción.. FUNDAMENTOS TEORICOS RELACIÓN ENTRE TRABAJO Y ENERGÍA CINÉTICA Y ENERGIA POTENCIAL Para un objeto de masa m que experimenta una fuerza neta F a lo largo de desplazamiento r paralela a la fuerza neta, el trabajo realizado es igual a: W F r F.r. cos (1) Donde es el ángulo entre F y r. Si el trabajo modifica la posición del objeto en dirección vertical, la energía potencial gravitatoria del objeto cambiara. De cualquier modo, si el trabajo modifica sólo la velocidad del objeto, la energía cinética del objeto cambia de la siguiente forma: 1 1 W Ecf Eci mv f mvi ( m. g. h f m. g. h. i ) () Donde W es el trabajo, vf y hf es la rapidez final y altura final del objeto y vi y hi es la rapidez y altura inicial del objeto. CONSERVACION DE LA ENERGIA La energía potencial elástica de un muelle comprimido una distancia x desde su posición de equilibrio viene dada por: EP 1 elástica kx Donde k es la constante elástica del muelle. Como indica la Ley de Hooke la fuerza ejercida por el muelle es proporcional a la distancia x que se comprime o se estira el muelle desde su punto de equilibrio, La energía potencial gravitatoria de una cuerpo de masa m en virtud de su posición y con respecto a una referencia horizontal se define como EP m. g y gravitator ia. La energía cinética de un de un cuerpo de masa m que tiene una rapidez v se define como: 1 E mv cinètica (3) (1) () La energía térmica está relacionada con la fricción para cuerpo de masa que se desplaza una distancia fuerza de rozamiento cinético f k. x y de

neta, el trabajo realizado es igual a: W F r F.r. cos (1) Donde es el ángulo entre F y r.

3 Etermica fk. x (3) Los teoremas de conservación de energía mecánica en ausencia y presencia de fricción respectivamente son: EP elástica EP gravitatoria Ecinètica 0 (4) EP elástica EP gravitatoria E cinètica Etérmica 0 (5) 3. ACTIVIDAD I : Si tenemos presente el sistema físico indicado en la figura 1 y asumimos que la energía se conserva, la energía potencial elástica del muelle comprimido será transformada enteramente en energía cinética cuando el muelle empuje el bloque. Posteriormente la energía cinética puede convertirse en energía potencial si la masa gana altura con respecto a superficie. Figura 1. Montaje Experimental 1) Para el sistema indicado en la figura 1 encuentre analíticamente la compresión del resorte y la altura para cuando el sistema físico es ideal y para cuando existe fricción. ) Ingrese a la siguiente dirección: 3) Simule y calcule analíticamente el sistema físico con fricción (asigne el coeficiente) y sin fricción y consigne su datos en la tabla 1 y.

4 Medida Valor Coeficiente de rozamiento 0 Angulo (de inclinación plano) Constante del resorte(muelle) N/m -Energía Cinética máx -Energía potencial elástica máx J - Energía potencial gravitatoria máx -Trabajo máx Tabla 1. Datos sin fricción Medida Valor Coeficiente de rozamiento Angulo (de inclinación plano) Constante del resorte(muelle) N/m -Energía Cinética máx -Energía potencial elástica máx J - Energía potencial gravitatoria máx -Trabajo máx Tabla. Datos con fricción 4) Cuestionario 1. Explique como se transforma la energía en el sistema con y sin fricción. Qué diferencia observa cuando simula el sistema con fricción y sin fricción? 3. Qué relación existe entre el trabajo y la energía mecánica en el problema simulado 4. La relación entre la altura y la compresión del resorte es lineal? 5. La relación entre la altura y el coeficiente de rozamiento es lineal? 5.BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA. -Resnick Robert y Halliday David. Física I, 5a edición Ed. CECSA. -Serway Raymond y Jewett John. Física I, 3a edición Ed. International Thomson Editores. -Lea Susan y Burke John. Física la Naturaleza de las Cosas. Volumen I. Ed. International Thomson Editores

Datos sin fricción Medida Valor Coeficiente de rozamiento Angulo (de inclinación plano) Constante del resorte(muelle) N/m -Energía Cinética máx -Energía potencial elástica máx J - Energía potencial

5 -Giancoli. Física: Principios y Aplicaciones. Ed Prentice Hall. Mexico Hewitt, Paul. Física Conceptual. Ed Pearson. México 000.

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