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PRACTICA N° 10
CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA
DIMAS ARLEYS ESCORCIA PEREZ - 1180373
BRAYAN FERNANDO ROLON G.
- 1180367
CAMILO ANDRES CASTILLEJO
- 1180385
RICARDO ANDRES CERVANTES - 1180383
JOSE FRANCISCO NIETO CONTRERAS
Prof. Física Mecánica
UIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER
FISICA MECANICA
CUCUTA
22-11-2010
2. RESUMEN
Una esfera maciza de masa m que parte del reposo desde una altura h,
en cualquier lugar de su trayectoria tiene energía, la cual puede ser
cinética y/o potencial
La energía cinética se debe a que la masa se mueve con una velocidad
V.
La energía potencial depende de la altura de la masa respecto a una
línea horizontal de referencia.
3. INTRODUCCION Y OBJETIVOS
INTRODUCCION
En este laboratorio aprenderemos a calcular la energía potencial y cinética de
una esfera en un plano inclinado, también veremos cómo se transforma la
energía potencial gravitatoria en energía potencial elástica.
Por otra parte sabemos que cuando se comprime o se estira un resorte, se
tiene que realizar un trabajo. Este trabajo es almacenado en el resorte en
forma de energía potencial elástica.
OBJETIVOS

Comprobar experimentalmente la conservación de la energía mecánica.

Analizar los cambios de energía potencial en energía cinética.

Analizar las transformaciones de energía potencial gravitaría en energía
elástica.
4. MARCO TEORICO
LA ENERGÍA
Capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. La materia posee energía
como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas
que actúan sobre ella. La radiación electromagnética posee energía que
depende de su frecuencia y, por tanto, de su longitud de onda. Esta energía se
comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de la materia
cuando emite radiación. 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 su recorrido; en todas las posiciones intermedias
tiene energía cinética y potencial en proporciones diversas. La energía se
manifiesta en varias formas, entre ellas la energía mecánica, térmica, química,
eléctrica, radiante o atómica. Todas las formas de energía pueden convertirse
en otras formas mediante los procesos adecuados. En el proceso de
transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, pero la suma
total permanece constante.
TRANFORMACION Y CONSERVACION DE LA ENERGIA
La energía se puede presentar en formas diferentes, es decir, puede estar
asociada a cambios materiales de diferente naturaleza. Así, se habla de
energía química (cuando la transformación afecta a la composición de las
sustancias), de energía térmica (cuando la transformación está asociada a
fenómenos caloríficos), de energía nuclear (cuando los cambios afectan a la
composición de los núcleos atómicos), de energía luminosa (cuando se trata de
procesos en los que interviene la luz), etc.
Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan asociados,
precisamente, transformaciones de una forma de energía en otra. Pero en
todas ellas la energía se conserva, es decir, ni se crea ni se destruye en el
proceso de transformación. Esta segunda característica de la energía
constituye un principio físico muy general fundado en los resultados de la
observación y la experimentación científica, que se conoce como principio de
conservación de la energía.
Otro modo de interpretarlo es el siguiente: si un sistema físico está aislado de
modo que no cede energía ni la toma del exterior, la suma de todas las
cantidades correspondientes a sus distintas formas de energía permanece
constante. Dentro del sistema pueden darse procesos de transformación, pero
siempre la energía ganada 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 a la mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad.
Ambas magnitudes definen, 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 su velocidad. La forma de energía asociada a los
cambios en el estado mecánico de un cuerpo o de una partícula material recibe
el nombre de energía mecánica.
ENERGIA POTENCIAL
De acuerdo con su definición, la energía mecánica puede presentarse bajo dos
formas diferentes según esté asociada a los cambios de posición o a los
cambios de velocidad. La forma de energía asociada a los cambios de posición
recibe el nombre de energía potencial.
La energía potencial es, por tanto, la energía que posee un cuerpo o sistema
en virtud de su posición o de su configuración (conjunto de posiciones). Así, el
estado mecánico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo
que el que tenía a nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un muelle que
es tensado, las distancias relativas entre sus espiras aumentan. Su
configuración ha cambiado por efecto del estiramiento. En uno y otro caso el
cuerpo adquiere en el estado final una nueva condición que antes no poseía: si
se les deja en libertad, la piedra es capaz de romper un vidrio al chocar contra
el suelo y el muelle puede poner en movimiento una bola inicialmente en
reposo.
En su nuevo estado ambos cuerpos disponen de una capacidad para procudir
cambios en otros. Han adquirido en el proceso correspondiente una cierta
cantidad de energía que puede ser liberada tan pronto como se den las
condiciones adecuadas.
ENERGIA CINETICA
La forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de
energía cinética. Un cuerpo en movimiento es capaz de producir movimiento,
esto es, de cambiar la velocidad de otros. La energía cinética es, por tanto, la
energía mecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o
velocidad.
5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
5.1. Plano Inclinado
Consigne sus datos en la Tabla 1
5.1.1.
Determine la masa de la esfera con ayuda de la balanza
m1 = 44.89 gr
5.1.2.
Coloque el riel como se muestra en la figura
5.1.3.
Mida la distancia AB y la altura h
XAB = 150 cm
h = 11 cm
5.1.4.
Marque el punto C en la mitad del trayecto entre A y B
XAc = 75 cm
5.1.5.
Suelte una esfera desde A y registre el tiempo cuando esta pase por
el punto C (tAC ) y el tiempo cuando esta llegue al extremo B (tAB).
Repita las mediciones dos veces, halle el tiempo promedio y consigne
este valor en la Tabla 1
m = 44.89gr
h = 11cm
tAC = 1.66seg
tAB = 2.50seg
5.1.6.
Cambie la altura h y con la misma esfera repita los numerales 5.1.3.
y 5.1.4. y 5.1.5
m = 44.89gr
h = 4.5 cm
tAC = 3.47seg
tAB = 5.37seg
5.2.
Transformación de energía potencial gravitacional en energía
potencial elástica.
Consigne los datos en la Tabla 2
5.2.1.
Realice el montaje como se indica en la figura (a).
5.2.2.
Mida la longitud inicial X1 del resorte no alargado y la altura h1 del
extremo inferior del resorte al piso
5.2.3.
Coloque en el extremo del resorte una masa de 0.5 kg y déjela bajar
lentamente hasta que el cuerpo alcance el reposo (posición b)
5.2.4.
Mida ahora la longitud del resorte alargado X2 y la altura h2 Del
extremo inferior del resorte al piso.
5.2.5.
Con la masa de 1Kg y la de 1.5Kg repita los numerales 5.2.3 y 5.2.4
6.
6.1.
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Plano Inclinado
Complete la Tabla 1, utilizando los datos obtenidos y calcule en cada
caso:
6.1.1. El ángulo de inclinación Ø
6.1.2. La aceleración lineal de la esfera ( a = g Sen Ø ) y la velocidad de la
esfera en los puntos C y B usando la relación VB = VA + at
6.1.3. Calcule la Energía cinética en B
6.1.4. Calcule la Energía potencial en A
6.1.5. Calcule la Energía Total en el punto C ( CINÉTICA + POTENCIAL )
6.1.6. Los resultados obtenidos en 6.1.3 y en 6.1.4 y en 6.1.5 son iguales
¿porque?
Rta/. No, los resultados muestran que la Energía Cinetica en B es
mayor que la Energía Potencial en A y que la Energía Cinética en C
Si podemos decir que la Energía Potencial en A y la Energía Potencial en
C son iguales.
6.1.7. Si la esfera no rueda sino que resbala, se conserva la energía ¿Por qué?
Rta/. Sí, porque aunque la esfera se resbale la masa y la velocidad
hace que actúe energía en ella.
6.2.
Transformación de energía potencial gravitatoria en energía
potencial elástica
Para completar la Tabla 2
6.2.1. Calcule la fuerza recuperadora para cada masa ( Fr )
6.2.2. Calcule la constante de elasticidad para cada fuerza recuperadora ( K )
6.2.3. Con los datos de la Tabla 2, elabore la Tabla 3
6.2.4. ¿Cómo es la energía de la masa en la posición 1 respecto de la suma de
las energías en la posición 2? ¿Se conserva la energía? ¿Porqué?
Rta/. La Energía en la posición 1 y en la posición 2 se debe conservar
porque la fuerza que realiza el trabajo es el peso del cuerpo quien es
considerado fuerza conservativa.
6.3.
¿Qué puede concluir de estas experiencias?
Rta/. Que cuando el trabajo es realizado por fuerzas conservativas la
energía mecánica del sistema se conserva.
DATOS OBTENIDOS
Tabla 1. Transformación de Energía Cinética en Energía Potencial
M esf
AB
(m)
h
tAC
44.89
44.89
1.5
1.5
0.11
1.66
0.045 3,47
tAB
Ø
a
2,50
5.37
4.2 0.72
1.7 0.29
Vc
VB
EpA
EcB
ECc +
EPc
1.19
1.01
1.8
1.56
48.40
19.80
72.72
54.62
80.17
42.7
Tabla 2. Datos para calcular las energías potenciales gravitatoria y
elástica
Masas
(kg)
M1 = 0.5
M2 = 1
M3 = 1.5
Longitudes
X (m)
X1
X2
0.18
0.18
0.18
0.25
0.39
0.51
Def. resort
(m)
X = X2 – X1
Altura
h (m)
h1
0.07
0.21
0.33
1.24
1.24
1.24
h2
Fuerza
Recuperadora
Fr = mg
Cte Resort
K (N/m)
K = mg/X
1.17
1.03
0.91
Fr1 = 4.9
Fr2 = 9.8
Fr3 = 14.7
K1 = 70
K2 = 46.6
K3 = 44.5
Kp = 53.7
Tabla 3. Energía total inicial y final
Energía
Total
Pos 1
Ug = mgh1
Ug1 = 6.08
Ug2 = 12.15
Ug3 = 18.23
Energía
Gravitatoria
Pos 2
Energía
Elástica
Pos 2
Ug = mgh2 Ue = ½ KX2
Ug1 = 5.73
Ue1 = 0.17
Ug2 = 10.09 Ue2 = 1.03
Ug3 = 13.38 Ue3 = 2.42
Energía
Total
Pos 2
UT= Ug+ Ue
U1 = 5.09
U2 = 11.12
U3 = 15.8
7.
7.1.
ANALISIS Y CONCLUSIONES
La energía cinética o potencial de un objeto puede ser negativa.
Explique
Rta/. si, porque la variación de la velocidad genera no un incremento
sino que puede generar una desaceleración es decir una disminución de
velocidades,
Vf = 0
7.2.
Si la velocidad de un cuerpo se duplica
cinética?
¿qué ocurre con su energía
Rta/.
También se duplica ya que la energía es directamente
proporcional a la velocidad.
7.3.
Plantee un ejemplo de un situación de la cual la energía cinética se
transforma en calor
Rta/. Las máquinas cuando realizan trabajo transforman parte de su
energía en Energía calórica debido al rozamiento entre las partes, por
eso después de realizado el trabajo, la máquina se encuentra caliente
7.4.
¿Cuál es la fuente de energía cuando un atleta practica salto con
garrocha? Describa las transformaciones de energía en el movimiento
del atleta
Rta/. La fuente de Energía del atleta es el cuerpo. Cuando se impulsa
transforma parte de su energía en energía cinética; en el momento del
salto esta energía se transforma en potencial hasta que alcanza el punto
más alto de su salto; y cuando desciende la energía potencial acumulada
en el punto más alto de su salto se transforma en energía cinética hasta
que llega al punto más bajo.
8.
CONCLUSION

Gracias a este trabajo averiguamos por medio de experimentos que la
energía no se crea ni se destruye solo se transforma

Por medio de la práctica en laboratorio observamos la conservación de la
energía en los diferentes experimentos que realizamos ya que la energía
pasa de potencial a cinética

Averiguamos que la energía potencial en punto A no es igual a la energía
cinética en el punto B y la enerva cinética y potencial en el punto C ya
que la energía se va pasando pero en el trayecto del riel se va ganado
mas energía mientras que la esfera desciende mas rápido

La energía del resorte es la fuerza recuperadora que tiene el contra la
gravedad ya que el siempre trata de recogerse y la gravedad y el peso
que tenga a defórmalo
9.
BIBLIOGRAFIA

Guía Física 1 (Mecánica)

Raymond A. Serway, FISICA 1, cuarta edición.

FISICA ELEMENTOS FUNDAMENTALES, Guerra Mario, Tomo II, Editorial
reverté S.A., Barcelona 1994