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Universidad Militar Nueva Granada. Moreno, Diana. Ocampo, Juan. Hormaza, Lizeth

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Conservación de la Energía Mecánica Moreno, Diana. Ocampo, Juan. Hormaza, Lizeth Física Mecánica grupo IND LAB 8 Universidad Militar Nueva Granada 2017/11/09  RESUMEN

LA ENERGÍA.

La energía mecánica total de un sistema es constante cuando actúan dentro delsistema sólo fuerzas conservativas. Asimismo podemos asociar una función energía potencial con cada fuerza conservativa. Por otra parte, energía mecánica se pierdecuando esta presentes fuerzas no conservativas, como la fricción.La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de latermodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físicoaislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra. OBJETIVO GENERAL Comprobar el principio de conservación de la energía mecánica OBJETIVO ESPECIFICOS  Comprobar experimentalmente que la energía mecánica se conserva.  Hallar y comparar la rapidez del cuerpo en el punto B (ver montaje de la práctica) por energía y por cinemática. I. MARCO TEÓRICO

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Capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energíacomo resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas queactúan sobre ella. La radiación electromagnética posee energía que depende desu frecuencia y, por tanto, de su longitud de onda. Esta energía se comunica a lamateria cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emiteradiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética,mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial. Por ejemplo,un péndulo que oscila tiene una energía potencial máxima en los extremos de surecorrido; en todas las posiciones intermedias tiene energía cinética y potencial enproporciones diversas. La energía se manifiesta en varias formas, entre ellas laenergía mecánica, térmica, química, eléctrica, radiante o atómica. Todas lasformas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesosadecuados. En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una formade energía, pero la suma total permanece constante. TRANFORMACION Y CONSERVACION DE LA ENERGIA La energía se puede presentar en formas diferentes, es decir, puede estarasociada a cambios materiales de diferente naturaleza. Así, se habla de energíaquímica (cuando la transformación afecta a la composición de las sustancias), deenergía térmica (cuando la transformación está asociada a fenómenos caloríficos),de energía nuclear (cuando los cambios afectan a la composición de los núcleosatómicos), de energía luminosa (cuando se trata de procesos en los que intervienela luz),

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etc.Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan asociados, precisamente,transformaciones de una forma de energía en otra. Pero en todas ellas la energíase conserva, es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformación.Esta segunda característica de la energía constituye un principio físico muygeneral fundado en los resultados de la observación y la experimentacióncientífica, que se conoce como principio de conservación de la energía. Otro modo de interpretarlo es el siguiente: si un sistema físico está aislado demodo que no cede energía ni la toma del exterior, la suma de todas las cantidadescorrespondientes a sus distintas formas de energía permanece constante. Dentrodel sistema pueden darse procesos de transformación, pero siempre la energíaganada por una parte del sistema será cedida por otra.

LA ENERGÍA MECÁNICA De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que interesan ala mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad. Ambas magnitudesdefinen, en el marco de la dinámica de Newton, el estado mecánico de un cuerpo,de modo que éste puede cambiar porque cambie su posición o porque cambie suvelocidad. La forma de energía asociada a los cambios en el estado mecánico deun cuerpo o de una partícula material recibe el nombre de energía mecánica.Dónde:, es la energía cinéticadel sistema., es la energía potencial gravitacionaldel sistema., es la energía potencial elásticadel sistema. 𝐸𝑚𝑒𝑐 = 𝐸𝑐 + 𝐸𝑝 + 𝐸𝑒 = 𝑐𝑡𝑒 Donde: Ec= Es la energia cinetica del Sistema Ep= es la energia potencia gravitacional Ec= es la energia potencial elastic del Sistema

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Figura 1. Energía mecánica

ENERGIA POTENCIAL De acuerdo con su definición, la energía mecánica puede presentarse bajo dosformas diferentes según esté asociada a los cambios de posición o a los cambiosde velocidad. La forma de energía asociada a los cambios de posición recibe elnombre de energía potencial.La energía potencial es, por tanto, la energía que posee un cuerpo o sistema envirtud de su posición o de su configuración (conjunto de posiciones). Así, el estadomecánico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo que el quetenía a nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un muelle que es tensado, lasdistancias relativas entre sus espiras aumentan. Su configuración ha cambiado porefecto del estiramiento. En uno y otro caso el cuerpo adquiere en el estado finaluna nueva condición que antes no poseía: si se les deja en libertad, la piedra escapaz de romper un vidrio al chocar contra el suelo y el muelle puede poner enmovimiento una bola inicialmente en reposo.En su nuevo estado ambos cuerpos disponen de una capacidad para procudircambios en otros. Han adquirido en el proceso correspondiente una ciertacantidad de energía que puede ser liberada tan pronto como se den lascondiciones adecuadas.

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Figura 2. Energía Potencial ENERGIA CINETICA La forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre deenergía cinética. Un cuerpo en movimiento es capaz de producir movimiento, estoes, de cambiar la velocidad de otros. La energía cinética es, por tanto, la energíamecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o velocidad.

Figura 4. Energía Potencial Gravitacional

ENERGÍA ELÁSTICA O ENERGÍA DE DEFORMACIÓN Es el aumento de energía internaacumulada en el interior de un resultado deltrabajo realizado por las fuerzas que provocan la deformación.

Figura 5. Energía elástica Figura 3. Energía cinetica LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA II. EXPERIMENTO Es la energía asociada con la fuerza gravitatoria. Esta dependerá de la alturarelativa de un objeto a algún punto de referencia, la masa, y la fuerza de lagravedad.

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A. Materiales  Montaje que aparece en la figura 6 y Figura 6.1  Papel blanco y papel carbón  Regla  Hilo

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III.

DATOS

Tabla 1 Datos de actividad 1

Figura 6 Esquema de la practica

Tabla 2 Datos de actividad 2

E2

y=x R² = 1

10,000

Figura 6.1 Esquema de la practica E2

B. Descripción general de la práctica

8,000 6,000 4,000 2,000 -

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

E1

Grafica 1 Datos experimentales correspondientes actididad 1 y Figura 7. Montaje de la practica 1. Realizar el montaje indicado y asegurarse que todas las partes estén fijas y debidamente alineadas. 2. Para un mismo valor de h, liberar el balín al menos cinco (3) veces y determinar el valor de x 3. Tomar al menos diez (3) valores diferentes de h y repita el procedimiento. 4. Tabular estas mediciones

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IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Valor Experimental 25,04 20.77 15,34 Prom 20,38

Valor Teórico 33,46 27,53 32,03 Prom 31,00

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BIBLIOGRAFÍA

V. ANÁLISIS DE ERRORES Teniendo en cuenta esquema del recorrido de la pelota, se podrán deducir las fórmulas que usamos para hallar las velocidades experimentales y teóricas de la práctica. Obteniendo así: Valor Teórico 31.00 % 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =



Valor experimental 20,38 31.00 − 20,38 ∗ 100 = 34.25 31,00

VI. CONCLUSIONES Teniendo en cuenta que la energía no se crea ni se destruye, la energía cinética que tiene la bola cuando choca contra la mesa se convierte en energía potencial, en calor (debido a la resistencia del aire), en energía de impacto (deformación que sufre por el choque) y ruido (onda de impacto).



El el error presentado en la práctica es alto, este puede deberse al operador, debido al paralaje de la medida de las alturas y distancias.



Otro factor que hace que las velocidades varíen un poco es que en el momento en el que el cuchillo corta el hilo se presenta una fricción que hace que una pequeña parte de la energía cinética se transforme.



El rozamiento con el aire también hace que la energía que tiene la bola varié.

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[1] SEARSZEMANKY-YOUNG. Física universitaria Vol 1. México 2004. Undécima edición. [2] - SERWAY RAYMOND A. JEWETT JOHN W. Física para ciencias e ingeniería. Vol. 1. México 2005.Sexta edición.