Informe Laboratorio Conservación De La Energía.docx

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576 RESUMEN En el presente artículo se tienen como objetivo: 

Medir la velocidad de una esfera, por método de conservación de la energía y comprobarla con el valor calculado por tiro parabólico (EA y ER)

Para llevar a cabo esta investigación primero se tienen en cuenta las siguientes recomendaciones: en primer lugar, se verifica que el equipo o instrumentos que se requieren para esta práctica estén en buen estado, para que no se vean afectados los resultados, además de esto, el error relativo resultante de las fuerzas incógnitas debe ser menor al 7.00%. Posterior a esto es tomada una esfera metálica y es atada mediante un hilo que va asegurado a un montaje de dos varillas, ubicadas perpendicularmente entre ellas y ancladas a una base, se toma como punto de referencia un cúter que está asegurado al montaje, se mide la distancia a la que está separada la hoja del cúter de la mesa y se coloca un metro sobre la mesa (ubicando el 0 exactamente a la distancia que está el cúter de la mesa), seguido a esto se coloca justo al frente del montaje una tabla con una hoja de papel mantequilla y una de papel carbón, se levanta la esfera atada y se mide la altura a la que está, finalmente se deja caer la esfera para que el hilo sea cortado, se mide la distancia a la que cayó la esfera y se realizan los cálculos correspondientes. ABSTRACT This article have as principal objetives: 

Measure the speed of a sphere, by method of energy conservation and check it with the value calculated of the parabolic shot (EA and ER)

To carry out this research first the following recommendations are taken into account: first, it is verified that the equipment or instruments required for this practice are in good condition, so are not affected the results, besides this, the resulting relative error from the unknown forces must be less than 7.00%. Following this is taken a metallic sphere and it is attached by a wire that is secured to an assembly of two rods, located perpendicular to each other and anchored to a base, is taken as a reference point a cutter that is secured to the mount, is measured the distance that is separate leaf cutter table and one meter on the table is placed (placing the 0 exactly to the distance is the cutter of the table), followed this is placed right in front of the assembly, an table with a sheet of parchment paper and carbon paper, tied sphere rises and the height at which it is measured, finally the sphere is dropped so that the wire is cut, is measured the distance that fell the field and are made the corresponding calculations.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576 PALABRAS CLAVE Energía, conservación, velocidad, energía potencial, energía cinética. KEY WORDS Energy, conservation, speed, potential energy, kinetic energy. INTRODUCCIÓN La importancia de este artículo radica en aprender experimentalmente cómo hallar la velocidad de una esfera mediante dos métodos: por el método de conservación de la energía y por tiro parabólico. Como se ha mencionado anteriormente, en esta investigación se estudiará La Ley de conservación de la energía, la cual, básicamente establece que la energía no puede crearse ni destruirse en una reacción química o proceso físico. Sólo puede convertirse de una forma en otra (por ejemplo de energía potencial a cinética). La rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas se denomina mecánica. En un cuerpo existen fundamentalmente dos tipos de energía que pueden influir en su estado de reposo o movimiento: la energía cinética y la potencial. La energía potencial es una energía que resulta de la posición o configuración del objeto. Un objeto puede tener la capacidad para realizar trabajo como consecuencia de su posición en un campo gravitacional (energía potencial gravitacional), un campo eléctrico (energía potencial eléctrica), o un campo magnético (energía potencial magnética). Puede tener energía potencial elástica como resultado de un muelle estirado u otra deformación elástica. La energía cinética es una expresión del hecho de que un objeto en movimiento, puede realizar un trabajo sobre cualquier cosa que golpee; cuantifica la cantidad de trabajo que el objeto podría realizar como resultado de su movimiento. La energía mecánica total de un objeto es la suma de su energía cinética y su energía potencial. En la presente investigación, se tiene en cuenta los dos tipos de energía mencionados anteriormente, utilizando un montaje en el que una esfera pende de un hilo y al ser soltada desde cierta altura y al llegar a un lugar determinado, es cortado el hilo que la sostiene dejándola en caída libre, pasando así de energía potencial a energía cinética, para así, poder demostrar que el valor de la velocidad de la esfera antes de que sea cortado el hilo, es igual, a la velocidad de la esfera después de que el hilo es cortado.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576 Ahora bien, para el presente laboratorio se debe tener una única condición 1. El error relativo debe ser menor al 7% y mayor al -7% (Error relativo: [-7%,7%]) Conviene formular preguntas como:     

¿Cómo se puede hallar la velocidad de una esfera en caída libre? ¿cómo se puede hallar la velocidad de una esfera en movimiento potencial? ¿Qué ecuaciones se usan para hallar dicha velocidad? ¿Afecta en algo el peso de la esfera? ¿La altura a la que es soltada la esfera interfiere en algo?

MARCO TEÓRICO CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. Esto significa que no podemos crear energía, es decir, por ejemplo: podemos transformarla de energía cinética a energía potencial y viceversa. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación. En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica ERROR ABSOLUTO Y ERROR RELATIVO 



Error absoluto. Es la diferencia entre el valor de la medida y el valor tomado como exacto. Puede ser positivo o negativo, según si la medida es superior al valor real o inferior (la resta sale positiva o negativa). Tiene unidades, las mismas que las de la medida. Error relativo. Es el cociente (la división) entre el error absoluto y el valor exacto. Si se multiplica por 100 se obtiene el tanto por ciento (%) de error. Al igual que el error absoluto puede ser positivo o negativo (según lo sea el error absoluto) porque puede ser por exceso o por defecto. no tiene unidades.

MATERIALES Y MÉTODOS  

Montaje de dos varillas perpendiculares con su respetiva base Esfera Metálica

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576      

Cúter Hilo Papel Mantequilla Papel Carbón Sujetador para varilla con base para cúter Tabla

Para la realización de la investigación: 1. Se toma el montaje de dos varillas perpendiculares y es colocado el hilo en uno de los extremos de éste. 2. Se ubica al frente una tabla con el papel carbón y la hoja papel mantequilla sobre esta. 3. Se toma el sujetador y se ancla al lado contrario en el que fue puesto el hilo. 4. Se asegura el cúter en su base. 5. Se toma la hebra del hilo y se asegura al extremo contrario en el que éste se encuentra ubicado, dejando su extremo libre. 6. Al extremo del hilo es atada la esfera metálica. 7. El hilo es asegurado de tal forma que la hoja del cúter, corte el hilo en el lugar justo donde la esfera caiga libre y no quede hilo sobrante. 8. Se mide la distancia a la que la hoja del cúter está separada de la mesa y se coloca un metro, ubicando el 0 en dicho punto. 9. Se levanta la esfera, se mide la altura a la que esta es levantada, teniendo como referencia (0) la hoja del cúter y se deja caer. 10. Se mide la distancia a la que quedó la esfera teniendo en cuenta el punto marcado por esta sobre el papel. 11. Se realiza el cálculo de la velocidad mediante el método de conservación de la energía. 12. Se mide la velocidad de la esfera por tiro parabólico. 13. Se calcula el error absoluto y error relativo, teniendo la velocidad obtenida por el método de conservación de la energía como el valor experimental y el de tiro parabólico como valor teórico. 14. Se repite el procedimiento 5 veces más.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576 DATOS Y RESULTADOS Dato

h (mm)

H (mm)

x (mm)

EA (m/s)

ER (%)

1

0.100

0.485

0.432

0.026

1.89

2

0.150

0.485

0.548

-0.027

-1.55

3

0.200

0.499

0.625

0.021

1.074

4

0.180

0.499

0.564

0.111

6.29

5

0.140

0.522

0.530

0.032

1.97

6

0.220

0.455

0.628

0.013

0.632

DISCUCIÓN DE RESULTADOS Como se puede observar en la tabla el error absoluto oscila entre -0.027 y 0.032 y el error relativo entre -1.55% y 6.29% lo cual indica que las mediciones realizadas están correctas, del mismo modo, las ecuaciones fueron operadas correctamente y la condición del laboratorio fue cumplida. Cabe mencionar que el dato más erróneo es el del montaje número 4, el cual, arroja un error relativo del 6.2% y se deduce que, este error probablemente se debe en que al momento en que se toma la altura a la que es arrojada la esfera, está fue elevada o descendida de la altura referenciada causando así el valor tan alto del error relativo. CONCLUSIÓNES La velocidad medida de la esfera por el método de conservación de la energía es de 2.07 m/s y por tiro parabólico de 2.057 m/s, con un error absoluto de 0.013 m/s y un error relativo de 0.632%.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576 ANEXOS FÓRMULAS 𝐸𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 = 𝐸𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢é𝑠

𝑚𝑣 2 𝑚𝑔̅ ℎ = 2 √2𝑔̅ ℎ = 𝑣𝑓 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙) Tiro Parabólico 𝐻= 𝐻=

𝑔𝑡 2 2

𝑔 𝑥2 ( ) 2 𝑣2

𝑔𝑥 2 2 𝑣 = 2ℎ

𝑉1 + 𝐾1 – 𝐸𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 = 𝑉2 + 𝐾2

𝑔 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 2𝐻

𝑣=√

Error Absoluto: EA = x – a x: Valor medida experimental (Energía) a: valor teórico (Tiro Parabólico) Error relativo: Er = (EA/a) * 100

CÁLCULOS 

Montaje 1

√2𝑔̅ ℎ = 𝑣𝑓 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙)

𝑣 = 1.371 𝑚/𝑠

𝑣𝑓 = √2 (9.77)(0,100)

𝐸𝐴 = 1.397𝑚/𝑠 − 1.371𝑚/𝑠

𝑣 = 1.397 𝑚/𝑠

𝐸𝐴 = 0.026 𝑚/𝑠 𝐸𝑅 =

𝑔 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 2𝐻

𝑣=√

𝑣=√



9.77 𝑥 (0.432) 2 ∗ 0.485

Montaje 2

0.026 𝑚/𝑠 × 100 1.371 𝑚/𝑠

𝐸𝑅 = 1.896%

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576 √2𝑔̅ ℎ = 𝑣𝑓 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙)

𝑣 = 1.739 𝑚/𝑠

𝑣𝑓 = √2 (9.77)(0,150)

𝐸𝐴 = 1.712 𝑚/𝑠 − 1.739 𝑚/𝑠

𝑣 = 1.712 𝑚/𝑠

𝐸𝐴 = −0.027 𝑚/𝑠 −0.027 𝑚/𝑠 × 100 1.739 𝑚/𝑠

𝐸𝑅 = 𝑔 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 2𝐻

𝑣=√

𝑣=√



𝐸𝑅 = −1.55%

9.77 𝑥 (0.548) 2 ∗ 0.485

Montaje 3 𝑣=√

√2𝑔̅ ℎ = 𝑣𝑓 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙) 𝑣𝑓 = √2 (9.77)(0,200) 𝑣 = 1.976 𝑚/𝑠 𝑔 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 2𝐻

𝑣=√

9.77 𝑥 (0.625) 2 ∗ 0.499

𝑣 = 1.955 𝑚/𝑠 𝐸𝐴 = 1.976 𝑚/𝑠 − 1.955 𝑚/𝑠 𝐸𝐴 = 0.021 𝑚/𝑠 𝐸𝑅 =

0.021 𝑚/𝑠 × 100 1.955 𝑚/𝑠

𝐸𝑅 = 1.074%



Montaje 4

√2𝑔̅ ℎ = 𝑣𝑓 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙)

𝑔 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 2𝐻

𝑣=√

𝑣𝑓 = √2 (9.77)(0,180) 𝑣 = 1.875 𝑚/𝑠

𝑣=√

9.77 𝑥 (0.564) 2 ∗ 0.499

𝑣 = 1.764 𝑚/𝑠

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Héctor Daniel Menjuren Vega - 40161576 𝐸𝐴 = 1.875 𝑚/𝑠 − 1.764 𝑚/𝑠

𝐸𝑅 =

𝐸𝐴 = 0.111 𝑚/𝑠

0.111 𝑚/𝑠 × 100 1.764 𝑚/𝑠

𝐸𝑅 = 6.29% 

Montaje 5

√2𝑔̅ ℎ = 𝑣𝑓 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙)

𝑣 = 1.621 𝑚/𝑠

𝑣𝑓 = √2 (9.77)(0,140)

𝐸𝐴 = 1.653 𝑚/𝑠 − 1.621 𝑚/𝑠

𝑣 = 1.653 𝑚/𝑠

𝐸𝐴 = 0.032 𝑚/𝑠 𝐸𝑅 =

𝑔 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 2𝐻

𝑣=√

𝑣=√ 

0.032 𝑚/𝑠 × 100 1.621 𝑚/𝑠

𝐸𝑅 = 1.97%

9.77 𝑥 (0.530) 2 ∗ 0.522

Montaje 6

√2𝑔̅ ℎ = 𝑣𝑓 (𝑣𝑎l𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙)

𝑣 = 2.057 𝑚/𝑠

𝑣𝑓 = √2 (9.77)(0,220)

𝐸𝐴 = 2.073 𝑚/𝑠 − 2.057 𝑚/𝑠

𝑣 = 2.07 𝑚/𝑠

𝐸𝐴 = 0.013 𝑚/𝑠 𝐸𝑅 =

𝑔 𝑥 (𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) 2𝐻

𝑣=√

𝑣=√

0.013 𝑚/𝑠 × 100 2.057 𝑚/𝑠

𝐸𝑅 = 0.632%

9.77 𝑥 (0.628) 2 ∗ 0.455

BIBILIOGRAFÍA MIÑARRO, J. La energía [en línea]. Tomado de: http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/conservacion.htm SEPÚLVEDA, E. Ley de conservación de la energía [en línea]. Tomado de: https://sites.google.com/site/timesolar/energia/leyconservacionenergia

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