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LABORATORIO DE FSICA IOCE- Rev1.0

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1. MATERIALES

Imagen 1. Programa PASCO Capston Imagen 2. Universal interface

Imagen 3. Sensor de fuerza Imagen 4. Sper poleas

Imagen 5. Mvil PASCAR Imagen 6. Pesas de 250g

Imagen 7. Base para varilla Imagen 8. Varillas

Imagen 9. Pesas de 50g Imagen 10. Nuez doble

Imagen 11. Riel Imagen 12. Soporte para mesa Imagen 13. Cuerda Imagen 14. Cinta

Imagen 15. Sensor de movimiento Imagen 16. Metro

2. FUNDAMENTO TERICO. TRABAJOSobre un cuerpo se ejerce una fuerza constante F y forma un ngulo con la direccin del movimiento, el trabajo (W) realizado durante el desplazamiento X es:

En el sistema MKS la unidad del trabajo es el Joule (J).En el sistema cgs, la unidad es el ergio, as:.Tambin sabemos que .

POTENCIA (P)

Se define como el trabajo realizado por unidad de tiempo, es decir:

Para fuerzas conservativas, donde la fuerza es constante, la potencia desarrollada se puede calcular de la siguiente relacin:

ENERGACapacidad para hacer un trabajo o trabajo acumulado por un cuerpo.

Energa Cintica ()

Energa de un cuerpo por desplazarse a determinada velocidad:

Donde:

Energa Potencial ()

Relacionada con la posicin de un cuerpo, hay varios tipos como la potencial gravitatoria y la elstica.

La est asociada a una fuerza, as para fuerzas conservativas, se cumple que:

TEOREMA TRABAJO ENERGAPara un objeto de masa m, que experimenta una fuerza F el trabajo es:

Si el W modifica la posicin vertical, la cambia segn: Ahora si el W modifica solo la V, la cambia segn:

5. PROCEDIMIENTO.

5.1 Teorema trabajo energa.

Ingresaron al programa Data Studio e hicieron clic sobre el icono crear experimento y seguidamente se reconoci el sensor de movimiento previamente insertado a la interfase Power Link.

El sensor de movimiento es un dispositivo como un sonar que emite pulsos de sonido y luego los recoge, mediante este procedimiento calcula las variables del movimiento.

Luego configuraron dicho sensor, hicieron doble clic sobre el icono CONFIGURACIN, seleccionaron posicin, velocidad y aceleracin, adems modificaron la frecuencia de registro y la llevaron hasta 50 Hz.

Una vez calibrado el sensor arrastraron el cono Grfico sobre el icono sensor de movimiento y seleccionaron la grfica velocidad - aceleracin vs tiempo, luego hicieron el siguiente montaje.

Grafica tabla 1

Medicin12345

Velocidad mxima (m/s)1.631.631.751.621.62

Distancia recorrida (m)1.050.961.011.020.96

Aceleracio media (m/s2)1.421.451.461.441.43

Tiempo empleado (s)1.251.52.11.51.5

Fuerza aplicada (N)0.0360.0360.0370.0360.036

Trabajo Total (J)0.0370.0350.0370.0370.034

0.0330.0330.0380.0330.033

Variacin de la energa cintica del mvil al ir de la posicin (a) hasta la posicin (b). (J)

0.033 J

Trabajo total realizado sobre el mvil para lograr el desplazamiento desde (a) hasta (b). (J)

0.035 J

Ahora coloque el mvil en la posicin inicial (a 0,15 m del sensor), realizaron las mediciones con la masa de 50 gramos suspendida del hilo.

Inicie la toma de datos soltando el mvil y oprimieron el botn inicio en la barra de configuracin principal de Data Studio. Utilizaron las herramientas de anlisis del programa para determinar la velocidad media y aceleracin media.

Repita el proceso hasta completar 10 mediciones, llenando la tabla 1.

5.2 Verificacin del teorema del trabajo y la Ek.

Ingrese al programa Data Studio, hicieron clic sobre el icono crear experimento y se reconoci el sensor de fuerza (Tiro positivo, con 3 decimales) y el sensor de movimiento previamente insertado a la interfase Power Link.

Ahora teniendo cuidado de que la cuerda no haga ningn ngulo con la superficie, arrastraron la masa, mientras hicieron esta operacin un integrante grababa los datos en la computadora.

Con los datos proporcionados por los sensores de fuerza y movimiento calcularon tanto la energa cintica del mvil, as como la potencia desarrollada por la fuerza como funciones del tiempo. Para tal fin abrieron una grfica Fuerza vs posicin en el cual la fuerza sea constante y realiza el ajuste lineal para identificar la funcin lineal.

Graficas Tabla 2

Medicin12345

Velocidad mxima (m/s)0.6530.6570.6620.6600.658

Distancia recorrida (m)0.7600.7550.7700.7560.687

Fuerza aplicada (N)0.2780.2740.2710.2680.282

Trabajo Total (J)0.0940.0890.0920.0820.084

0.0480.0470.0490.0490.048

Variacin de la energa cintica del mvil al ir de la posicin (a) hasta la posicin (b). (J)

0.048 J

Trabajo total realizado sobre el mvil para lograr el desplazamiento desde (a) hasta (b). (J)

0.0482 J

6.CUESTIONARIO

Tomando en cuenta el proceso teorema trabajo energa responda:

Con los resultados mostrados en la tabla 1, determine la relacin entre la variacin de la Ec y el trabajo total realizado, en su opinin se cumple el teorema trabajo-energa?, por qu?

0.033 y 0.035 si se cumple

Utilice los datos posicin-tiempo y realice una grfica fuerza-posicin,qu determina el rea bajo la curva?

El rea de la curva representa el trabajo que se realiza por esta fuerza y que acta sobre el mvil utilizado.

En el experimento realizado, dira usted que la fuerza ejercida por la masa colgante es conservativa o disipativa?, explique su respuesta.

Fuerzas ConservativasLas fuerzas conservativas son aquellas en las que eltrabajoa lo largo de un camino cerrado es nulo. El trabajo depende de los puntos inicial y final y no de la trayectoria.

Fuerzas No ConservativasEn contraposicin, las fuerzas no conservativas son aquellas en las que eltrabajoa lo largo de un camino cerrado es distinto de cero. Estas fuerzas realizan ms trabajo cuando el camino es ms largo, por lo tanto el trabajo no es independiente del camino.

Entonces concluimos que la fuerza ejercida por la masa colgante es una fuerza conservativa.

Cmo pueden presentarse los resultados para demostrar el teorema del trabajo y la energa cintica?Para demostrar el teorema del trabajo y energa se iguala ambas ecuaciones la cual en teora debera salir pero en al experiencia sale un aproximado.Las fuerzas de rozamiento juegan un papel importante en esta experiencia? Justifique su respuesta.La fuerza de rozamiento no tiene mucha importancia en esta experiencia porque se realiz en una superficie lisa y en el mvil la friccin de las llantas pequeas se puede dejar de tener en cuenta la fuerza de friccin.

Compare los valores obtenidos, para trabajo, energa cintica y potencia

0.033, 0.035.

Analice tres situaciones aplicadas a su especialidad sobre el teorema del trabajo y energa Se puede aplicar a aerogeneradores y el rendimiento de los motores de minas.

APLICACIN USANDO MATLAB

Resolver con Matlab y representar en forma grfica las magnitudes correspondientes. Un trineo de 8 kg se encuentra inicialmente en reposo sobre una carretera horizontal. El coeficiente de friccin cintica entre el trineo y la carretera es 0,4. El trineo se empuja a lo largo de una distancia de con una fuerza de que forma un ngulo de con la horizontal.

a) Determinar el trabajo realizado por la fuerza aplicada.b) Determinar el trabajo de friccin.c) Calcular la variacin de energa cintica experimentada por el trineo.d) Determinar la velocidad del trineo despus de recorrer la distancia de .

Solucin

clearallclc%Vamos a Definir las variables respectivas y Luego Igresamos Los Datos correspondientes%Problema 1%Peso Del Trineom=8;u=0.4;%suponiendo gravedad 9.7R8N=9.78*8;Fr=u*N;%la fuerza q actua en el eje x es la q tomaremos en consideracionF=40;Fx=40*cosd(30);%hallamos el trabajo de la friccionWfr=Fr*3;% trabajo de la friccionWfx=Fx*3;%energiacineticaEk=Wfx-Wfr;%hayamos aceleracionFR=Fx-Fr;a=FR/8;%ya q v inicial es 0Vf=sqrt(a*3);disp('el trabajo obtenido por la fuerza es')disp(Wfx);disp('el trabajo calculado por la fuerza de rosamiento es')disp(Wfr);disp('la variacion de la energiacinetica es')disp(Ek);disp('la velocidad a la que recorre en 3 m es ')disp(Vf); %graficamosv=0:0.01:1.1200;e=8*(v.^2)/2;plot(v,e);

Resolver con Matlab y representar en forma grfica las magnitudes correspondientes. Un objeto se desliza sin rozamiento a lo largo de la pista indicada en la figura. Inicialmente est en el punto P y se lanza hacia abajo con una velocidad .Describir el movimiento con todo el detalle que se pueda, si:a) b) c) Cul es la mnima velocidad necesaria para que el objeto sobrepase el punto Q?

Solucin

clearallclc%PRIMERO DEFINOMOS NUESTRAS VARIABLES E INGRESAMOS NUESTROS DATOS DADOS POR%Problema 2 %EL PESO DEL TRINEOm=8;u=0.4;%suponiendo gravedad 9.78N=9.78*8;Fr=u*N;%la fuerza q acta en x es la q tomaremos en consideracinF=40;Fx=40*cosd(30);%hayamos el trabajo de la friccinWfr=Fr*3;%trabajo de la friccinWfx=Fx*3;%energia cinticaEk=Wfx-Wfr;%hayamos aceleracinFR=Fx-Fr;a=FR/8;%ya q v inicial es 0Vf=sqrt(a*3);disp('el trabajo realizado por la fuerza es')disp(Wfx);disp('el trabajo realizado por la fuerza de rosamiento es')disp(Wfr);disp('la variacin de energa cintica es')disp(Ek);disp('la velocidad al recorrer 3 m es ')disp(Vf); %graficamosv=0:0.01:1.1200;e=8*(v.^2)/2;plot(v,e);

Observaciones

Debemos alinear el sensor de movimiento para que pueda ver el mvil pascar, para as realizar correctamente la experiencia. Debemos realizar varias pruebas para comprobar que los datos estn correctos, porque el resultado obtenido en ellos no debe variar mucho. La distancia en la que se suelta el mvil para que sea jalado por la pesa en el otro extremo de la cuerda debe ser la misma en cada prueba que se realice. Para la segunda parte del laboratorio la cuerda que une al mvil pascar con el sensor de fuerza no debe forma ngulo entre los extremos. Se debe tener cuidado en que el mvil no golpee la sper polea porque con un golpe se puede romper.

Conclusiones

Pudimos ver como el trabajo ejercido a un cuerpo, y como esto varia su energa cintica. Pudimos comprobar que el trabajo realizado por un mvil en relacin con su energa cintica.

Bibliografa http://www.aulafacil.com/cursos/l10348/ciencia/fisica/fisica-general-ii/teorema-del-trabajo-y-energia http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/energia/energia.htm http://robles.mayo.uson.mx/Mecanica/Capitulo7trabajoEnergia.pdf http://www1.uprh.edu/labfisi/manual/1st%20Part%20Experiment%2006.pdf