UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFIGMM-ING. DE MINASUNIVERIDAD NACIONAL DE INGENIERIATRABAJO Y ENERGIA

CURSO: FISICA 1

TEMA: INFORME DEL 4to LABORATORIO

DOCENTE:

INTEGRANTES:

INTRODUCCINLa fsica del siglo XVIII llego a su auge con la mecnica newtoniana pero despus de ello llego un concepto muy importante el cual es el de trabajo mecnico que se define como el producto escalar entre vector Fuerza por el vector desplazamiento, as como tambin lleg a nosotros el teorema de la energa no se crea ni se destruye y luego por mtodos empricos se lleg a demostrar la relacin entre trabajo y energa.Todos estos conceptos son muy importantes para la fsica y es con este laboratorio que nosotros vamos a demostrar la ley de que el trabajo mecnico es igual a la variacin de la energa cintica.Gracias a las recomendaciones de nuestro gran docente y a su experiencia pudimos realizar el experimento sin ningn problema. Logramos hallar la constante de elasticidad del resorte con ello su fuera para luego demostrar la ecuacin ya que tenamos las posiciones en cada tic as como su frecuencia.Con este experimento logramos demostrar una vez ms que la teora y la prctica van muy ligadas, como futuros ingenieros somos conscientes de que todo lo aprendido ser de utilidad para nuestra profesin.

OBJETIVOSOBJETIVOS GENERALES:Demostrar la ecuacin del teorema del trabajo y la energa cintica. Analizar y comprobar el teorema de la conservacin de la energa mecnica. OBJETIVOS ESPECFICOS- Obtener la constante de elasticidad del resorte-Obtener el vector aceleracin instantnea a partir de la misma informacin.-Conocer y saber aplicar la definicin de los vectores velocidad instantnea y aceleracin instantnea, y saber determinar la aceleracin y velocidad instantnea a partir de la velocidad vs. Tiempo.-Afianzar nuestros conceptos bsicos de cinemtica como por ejemplo el vector posicin, vector desplazamiento, vector velocidad media, vector velocidad instantnea, vector aceleracin media, vector aceleracin instantnea.Hallar la curva de calibracin de los resortes que usamos.

FUNDAMENTO TEORICODEFINICIN: Es el producto de unafuerzaaplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la direccin de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energa al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energa en movimiento.

CARACTERISTICAS:El trabajo es una magnitudfsicaescalar que se representa con la letra W (del ingls Work) y se expresa en unidades de energa, esto es en julios o joules (J) en elSistema Internacional de Unidades.Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ngulo que existe entre la direccin de la fuerza y la direccin que recorre el punto o el objeto que se mueve.Puede calcularse el trabajo que una fuerza realiza a lo largo de una trayectoria curvilnea general. Para ello basta saber que el trabajo que la fuerza realiza en un elemento diferencialdsde la trayectoria.Entonces, para obtener el trabajo a lo largo de toda la trayectoria bastar con integrar a lo largo de la misma entre los puntos inicial y final de la curva. Pero hay que tener en cuenta tambin, que la direccin de la fuerza puede o no coincidir con la direccin sobre la que se est moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ngulo que separa estas dos direcciones. TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGIASupongamos queFes la resultante de las fuerzas que actan sobre una partcula de masam. El trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor final y el valor inicial de la energa cintica de la partcula.

En la primera lnea hemos aplicado la segunda ley de Newton; la componente tangencial de la fuerza es igual a la masa por laaceleracin tangencial.En la segunda lnea, la aceleracin tangencialates igual a la derivada del mdulo de la velocidad, y el cociente entre el desplazamientodsy el tiempodtque tarda en desplazarse es igual a la velocidadvdel mvil.Se define energa cintica como la expresin

El teorema del trabajo-energa indica que el trabajo de la resultante de las fuerzas que acta sobre una partcula modifica su energa cintica.

PRINCIPIO DE CONSERVACIN DE LA ENERGA:

Si solamente una fuerza conservativa F acta sobre una partcula, el trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor inicial y final de la energa potencial

Como hemos visto en el apartado anterior, el trabajo de la resultante de las fuerzas que acta sobre la partcula es igual a la diferencia entre el valor final e inicial de la energa cintica.

Igualando ambos trabajos, obtenemos la expresin del principio de conservacin de la energaEkA+EpA=EkB+EpBLa energa mecnica de la partcula (suma de la energa potencial ms cintica) es constante en todos los puntos

EXPERIMENTO 11) RELACIN DE MATERIALES Y EQUIPOSPlancha de vidrio en marco de madera Un disco con sistema elctrico

Chispero elctrico con fuente de poder Dos resortes

Pesas de distintas masas Una regla milimetrada

2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL4.- Como ensayo (estando apagado el chispero), jale el disco hasta la posicin cero, observe el tipo de trayectoria que describe que describe al ser soltado. (Repita esta operacin varias veces hasta que observe que el disco cruce su propia trayectoria).

1.- Nivelar horizontalmente la superficie de la plancha de vidrio.2.- Poner el disco y la figura 3.- Encuentre la frecuencia del chispero. Trabaje la frecuencia mayor del chispero electrnico.

5.- Sobre el papel en que se va obtener la informacin del disco, marque los puntos A y B, correspondiente a los extremos fijos del resorte.6.- Lleve el disco hasta la posicin cero y en el momento de soltarlo enciende el chispero. Apague el chispero cuando el disco cruce su propia trayectoria.

8.- Retire los resortes y mida sus longitudes naturales.9.- Encuentre la curva de calibracin para cada uno de este resorte.

7.- Repita los pasos 5 y 6 tres veces, en diferentes hojas de papel y escoja la hoja que tenga los puntos con mejor nitidez para los resultados.

3 CALCULOS Y RESULTADOS CLCULOS MTEMTICOS PARA LA OBTENCIN DE DATOS EN CADA PUNTO MEDIOSe tendr en cuenta las mediciones realizadas experimentalmente para la obtencin de las constantes de rigidez (K) de los resortes en A y B:KA=5,135 N/m y KB =5,819 N/mTeniendo en consideracin que: Felstica = K. X , en donde: K= constante de rigidez del resorte X= Deformacin del resorte.Llenado de datos experimentales en el cuadro:TIEMPOXAXBFAFBFA , tFB, tFNETA K , tK

PUNTOS MEDIOS(TICKS)ELONGACIN DEL RESORTE A (cm)ELONGACIN DEL RESORTE B (cm)FUERZA DEL RESORTE A (newton)FUERZA DEL RESORTE B (newton)COMPONENTE TANGENCIAL DEL RESORTE A (N)COMPONENTETANGENCIAL DEL RESORTE B (N)FUERZA TANGENCIAL NETA K(N)DESPLAZAMIENTO

A0 11220.60.61621.1987140.6139550.2696520.3443031.7

B1 213.6200.698361.16380.6877590.4733600.214391.6

C2 - 315.119.30.7753851.1230670.7189240.6441650.0747591.6

D3 416-618.30.852411.0648770.6982530.7660080.0677551.6

E4 517.717.10.9088950.9950490.6754410.8150960.1396551.5

F5 618.615.80.988590.9194020.5238730.8744030.350531.5

G6 719-414.20.996190.8262980.4367010.8137440.3770431-7

H7 820.112.31.0321350.7157370.40328730.7130130.2801352-0

I8 920-510.61.0526750.6168140.0550930.6159690.6710621-6

J9- 1020.68.91.057810.5178910.0921940.4731170.3809232-1

K10 1120.77.11.0629450.4131490.0370960.3384320.3013362-0

L11 1220.75.51.0629450.3200450.0370960.2182700.2553662.2

M12 1320.44.21.047540.2443980.1276630.1109540.2386172.3

N13 1420.13.51.0321350.2036650.1614610.0423440.2038052.4

O14 1519.63.31.006460.1920270.2092550.0234020.1858532.4

P15 1619.03.90.975650.2269410.2525170.0850140.1675032.6

Q16 1718.45.10.944840.2967690.2285770.1744360.0541412-5

R17 1817.86.80.914030.3956920.2519410.2940560.04421152.7

S18 1917.18.90.8780850.5178910.2272650.4391960.02119312.5

T19 2016.411.10.842140.6459090.2037320.5805390.3768072-6

U20 2115.913.50.8164650.7005150.1975210.6662290.4687082.4

V21 2215.415.60.790790.9077640.17788900.8844980-7066092.1

W22 2314.817.60.759981.0241440.2094791.0202470.8107682-0

x23 2414.319.50.7343051.1347050.2269181.1319410.9050281.8

Y24 2513.821.10.708631.2278090.2994801.2052510.9057711.5

Z25 2613.022.30.667551.2976370.3923761.1562030.7638271-3

a26 2712.323.40.6316051.3616460.4766781.0430810.5664031.1

b27 2811.423.90.585391.3907410.5627130.6096610.0469611.0

c28 2910.324.20.5289051.4081980.5276170.1959830.316171.2

d29 309.124.20.4672851.4081980.4268860.2445310.1823551.2

Realizando operaciones para el trabajo por sus dos definiciones y luego comparando resultados:1 DEFINICIN:k . K , entonces :W=(0.344303)(0.017) + (0.21439)(0.016) + (0.074759)(0.016) + (0.139655)(0-015) + (0.35053)(0.015) + (0.377043)(0.017) + (0.280135)(0.02) + (0.671062)(0.016) + (0.380923)(0.021) + (0.301336)(0.02) + (0.255366)(0.022) + (0.238617)(0.023) + (0.203805)(0.024) + (0.185853)(0.024) + (0.177503)(0.026) + (0.054141)(0.025) + (0.042115)(0.027) + (0.211931)(0.025) + (0.376807)(0.026) + (0-468708)(0.024) + (0-706609)(0.021) + (0.810768)(0.021) + (0.810768)(0.02) + (0.905028)(0.018) + (0.905771)(0.015) + 0.763827)(0.013) + (0.566403)(0.011) + (0.046961)(0.010) + (0.31617)(0.012) + (0.182355)(0.012) W = 0.038868 J2 DEFINICIN:W = K = (1/2) mVf2 (1/2) mVi2. (I)Velocidad en el punto inicial:V(A) ==(-0.48;-0.52)Velocidad en el punto final:V (d) ==(0.48;0.08)Reemplazando en (I):W= (1/2) m (Vf2- Vi2) =(1/2)(0.987)(0.5008 0.2368)= (1/2)(0.987)(0.264) = 0.032954 JHallando el porcentaje de error del experimento:(I0.032954-0.038868I)/0.38868 = 0.152 % de errorPor lo tanto se demuestra que los trabajos para cada definicin son aproximadamente iguales, con un muy bajo porcentaje de error.

Calibracin de Resortes Con centro en A y con radio igual a la longitud natural del resorte fijo en ese punto trace una semicircunferencia en el papel donde est registrada la trayectoria. Repetir lo mismo con el resorte fijo en B. Mida la elongacin mxima que ha tenido cada resorte durante este experimento. Usando el mtodo descrito en el experimento N 2 halle la curva de calibracin de cada resorte. Use masas de 20g, 50g, 100g, 150g, 200g, hasta que obtenga la misma elongacin mxima que en el registro de la trayectoria. La partcula cuyo movimiento vamos a estudiar es el centro del disco.Xcm = X

M KgW N = YAB

0.45454.45414.14.8

0.4043.95925.86.4

0.37353.66037.88.9

0.3253.1859.510.9

0.50554.95399.610.6

W (N): Peso de las masas. X (cm): Deformacin de cada resorte A y B. Para la curva de calibracin debemos aplicar mnimos cuadrticos:

I. Para el Resorte en A:M KgW N = YXA = XX x YX2

0.45454.45410.0410.18261810.001681

0.4043.95920.0580.22963360.003364

0.37353.66030.0780.28550340.006084

0.3253.1850.0950.3025750.009025

0.50554.95390.0960.47557440.009216

20.21250.3681.47590450.02937

20.2125= 5p + 0.368q 1.4759045= 0.368p + 0.02937q

II. Para el Resorte en B:

M KgFg = YXB = XX x YX2

0.45454.45410.0480.21379680.002304

0.4043.95920.0640.25338880.004096

0.37353.66030.0890.32576670.007921

0.3253.1850.1090.3471650.011881

0.50554.95390.1060.52511340.011236

20.21250.4161.66523070.037438

20.2125= 5p + 0.416q 1.6652307= 0.416p+ 0.037438q

4 TABLAS Y GRFICOS

CONCLUSONES DEL EXPERIMENTO

De este experimento nos permite entender mejor el concepto de trabajo de una fuerza, siendo la fuerza variable y el trabajo hecho por las fuerzas elsticas nos permite hallar las velocidades, tambin para calcular las fuerzas elsticas debemos hallar primero la constante de elasticidad y vemos que no nos sale un nico valor para dicha constante sino varios que se asemeja por eso asemos un ajuste de curvas para hallar lo ms aproximado a la constante y comprobamos la relacin entre el trabajo y la diferencia de energa cintica, mediante las fuerzas tangenciales, y el desplazamiento entre punto y punto. Este experimento nos ajadura en nuestra vida profesional y laboral, por las mltiples aplicaciones que se da no solo en el campo de la minera sino en otros campos tambin importantes para el desarrollo de la vida humana.

CONCLUSIONES GENERALESLuego de haber culminado exitosamente este cuarto laboratorio, podemos mencionar algunas conclusiones a las que hemos llegado.Primero podemos decir que hemos logrado verificar la teora de la clase con la prctica, nos dijeron en clase que trabajo es igual a la diferencia de energas cinticas (inicial y final).Tambin podemos mencionar que los clculos que realizamos no son del todo exactos porque durante su realizacin se obviaron la fuerza de rozamiento y la que ejerce la gravedad, por eso los datos hallados en el presente laboratorio poseen un mnimo porcentaje de error.Y por ltimo llegamos a la conclusin de que las fuerza de rozamiento que en este caso no se toma en cuenta, pero que sale a flote por si sola ya que si no existira, el movimiento del disco seria eterno por su conservacin de energa, pero como no sucede as, es obvio que el rozamiento es el responsable de que eso no suceda, por lo tanto es algo a tomar en cuenta durante procesos ms importantes como en la vida real (como los frenos de distintos mviles).

RECOMENDACIONESPara este laboratorio hay algunas recomendaciones a tener en cuenta para una prxima vez.Antes del experimento:Para asegurar un ptimo resultado se recomienda practicar antes de realizar el que s vale, sin conectar el chispero.Tambin recomendamos que la persona que est encargada del chispero, practique para ser preciso en el momento de prender y apagar el chispero.Durante el experimento:Recomendamos que mientras se realiza el experimento estn muy alertas, porque si se distraen, el disco les ganar y realizar una trayectoria de ida y vuelta que no servir para nada.Tambin recomendamos que tengan cuidado de no intervenir en el movimiento del disco, ya que si tenemos contacto con ella alteraremos con los datos y todo saldr mal.Despus del experimento:Luego de terminar el experimento se recomienda que los que realizan el trabajo apaguen y desactiven los artefactos utilizados como el chispero y el aire a presin, para que al momento de realizar el papel evitar todo tipo de accidentes que puedan suceder.

APLICACIONESEl tema de trabajo y energa tiene un sinfn de aplicaciones en todos los campos que puedan existir, a continuacin mencionaremos algunas de ellas.Una de las ms claras de observar en la mina es la que cuando las maquinarias transportan mineral de un lugar a otro, las maquinas hacen un trabajo que se podra hallar multiplicando la fuerza que realizan por su trayectoria correspondiente.Otra aplicacin estara ubicada en los grandes edificios, que se ven forzadas a tener al menos un ascensor, que aunque no nos damos cuenta realiza trabajo al subir o bajar algn tipo de carga.Tambin podemos mencionar la conservacin de energa que se da cuando se lanza un proyectil de cierta altura y cae con otra velocidad pero con la misma energa con que se lanz.Otra aplicacin tambin se dara cuando se transforma la energa mecnica en energa elctrica (que tiene mayores utilidades), como por ejemplo en una central hidroelctrica.Y as podemos mencionar muchas ms, pero algo que debe quedar claro es que el trabajo y la energa son la materia prima para poder realizar algo.

BIBLIOGRAFIA

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Ao de la Promocin de la Industria Responsable y del Compromiso Climtico