PRACTICO TRABAJO Y ENERGÍA CINÉTICA

TITULO: Práctico Nº 5 Trabajo y energía cinética.

OBJETIVOS:

Ø El objetivo principal de este práctico es verificar que se cumpla el teorema que vincula la igualdad entre trabajo neto y la energía cinética, en base a este objetivo podemos representar las fuerzas que actúan sobre el móvil y determinar el trabajo neto realizado sobre el móvil.

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FUNDAMENTO TEÓRICO: En física trabajo y energía desempeñan un papel muy importante y entre ellos se relacionan. En física todo lo que tiene energía puede efectuar trabajo, es imposible efectuar trabajo sin energía.

Existen varias formas de energía: calorífica, mecánica, eléctrica, nuclear, etc.

Puede haber transformaciones de una forma a  otra pero se conserva la cantidad total de energía. 

Se entiende por trabajo a la forma de transferir energía de un sistema a otro. Se define por la siguiente ecuación. T=F.Δx. Para una fuerza angulada respecto al desplazamiento trabajo se define por la siguiente ecuación: T=F. Δx. Cosα.

Mecánicamente el trabajo implica fuerza y desplazamiento y usamos la palabra trabajo para describir cuantitativamente lo que pasa cuando una fuerza mueve un objeto, cierta distancia.  Si no hay movimiento, no hay desplazamiento, por lo tanto no se efectúa trabajo.

La unidad establecida por el Sistema Internacional de medidas para trabajo y energía es el Joule (J).

Usamos comúnmente la palabra trabajo de diversas maneras: vamos al trabajo, trabajamos en proyectos, trabajamos en nuestro escritorio o con computadoras, trabajamos en problemas. Sin embargo, en física trabajo tiene un significado muy específico. Mecánicamente, el trabajo implica fuerza y desplazamiento, y usamos la palabra trabajo para describir cuantitativamente lo que se logra cuando una fuerza mueve un objeto cierta distancia. En el caso más sencillo de una fuerza constante que actúa sobre un objeto, el trabajo se define como sigue:

El trabajo efectuado por una fuerza constante que actúa sobre un objeto es igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y el componente de la fuerza paralelo a ese desplazamiento.

De manera que trabajo implica una fuerza que actúa sobre un objeto que se mueve cierta distancia. Podría aplicarse una fuerza pero si no hay movimiento (no hay desplazamiento), no se efectúa trabajo

El trabajo es una magnitud escalar por lo tanto no posee dirección.

Cuando levantamos un objeto nosotros realizamos trabajo sobre el objeto.

Las fuerzas por lo general varían, es decir, cambian de magnitud o ángulos, o ambos, con el tiempo o con la posición. Cuando la fuerza no es constante se puede comprobar que el área delimitada por la curva de la gráfica F=f(x) y dos posiciones (xf, xi) del eje horizontal, representa el trabajo de la fuerza en ese desplazamiento.

Podríamos definir a la energía como una cantidad que poseen los objetos o sistemas. Una forma de energía que está asociada al trabajo es la energía cinética. En virtud del movimiento de un cuerpo podemos decir que este ha ganado o perdido energía cinética, lo que hace capaz de efectuar trabajo. 

Se entiende por energía mecánica a la suma de todas las energías que actúan sobre un cuerpo. En física la energía puede ser potencial o cinética.

EC+EPG=EM

EC+EPG+EPE=EM

La energía cinética, es una magnitud escalar que depende de la masa del cuerpo y de su celeridad. Es la energía que poseen los cuerpos en movimiento.

Ec=        

La energía potencial, refiere a la posición y a la deformación de los cuerpos. Se divide en energía potencial elástica y potencial gravitatoria.  Una roca en equilibrio sobre la cumbre de una montaña tiene energía potencial  gravitatoria. Si le damos un ligero impulso, la roca caerá generando celeridad y por lo tanto energía cinética.

EPG= m.g.h. La energía potencial gravitatoria depende del sistema de referencia elegido.

El trabajo total o neto es el trabajo efectuado por todas las fuerzas que actúan sobre el objeto; es la suma escalar de esas cantidades de trabajo.

El trabajo efectuado por una fuerza constante sobre un bloque, para moverlo en una superficie horizontal, sin fricción es igual al cambio en la energía cinética del bloque: T=ΔC.

Esta ecuación es el teorema trabajo-energía; relaciona el trabajo efectuado sobre un objeto con el cambio en la energía cinética del objeto. Es decir, el trabajo neto efectuado sobre un cuerpo por todas las fuerzas que actúan sobre él es igual al cambio de energía cinética del cuerpo.

Lo que nos dice el teorema trabajo-energía es que, cuando se efectúa trabajo, hay un cambio o una transferencia de energía. En general, entonces, decimos que el trabajo es una medida de la transferencia de energía cinética.

MATERIALES:

Ø Riel

Ø Soporte universal

Ø Móvil

Ø Semi círculo

Ø Regla (alcance 100 cm, apreciación 1 centímetro, estimación 0,5  cm)

Ø Sensores

Ø Contador digital.

PROCEDIMIENTO:

Armar el sistema. Para ello colocar el riel  sobre uno de los soportes de manera que  forme un plano inclinado con relación a la superficie de la mesa. Conectar el contador digital a la energía eléctrica.
Colocar el móvil en reposo en la parte superior del riel.
Establecer la posición inicial considerando el vástago.
Soltar el móvil.
Medir el desplazamiento realizado desde la posición inicial hasta el sensor para calcular el trabajo de la fuerza. Medir el desplazamiento entre sensores para calcular la velocidad final que posee el móvil.
Medir el ángulo del riel con respecto al horizontal.
Registrar todos los datos incluyendo la masa del carrito y proceder con el práctico.

OBSERVACIONES, DATOS Y CÁLCULOS:

Diagrama que representa las fuerzas que actúan sobre el móvil

 

OBSERVACIÓN DATOS Y CALCULOS:

	Δx (m)	t (s)	V (m/s)
INICIAL	0	0	0
FINAL	0,015	0,012	1,25

FUENTES DE ERROR: El margen de error fue de 8,9% es de suponer que se ha debido a errores experimentales, relacionados con criterios de cifras significativas y con respecto a aproximaciones de xi y xf. Si bien podemos considerar que la fuerza de rozamiento es tan mínima que es despreciable, cabe rescatar que esta existe.

CONCLUSIÓN:

Obtuvimos un 8,9% de margen de error, o lo que es lo mismo, una diferencia de 0,07 J entre los trabajos. Podemos considerar que la fuerza de rozamiento es tan mínima que es despreciable y que por lo tanto experimentalmente se cumple el teorema que establece que, el trabajo neto es igual a la variación de la energía cinética del  móvil.