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SEGUNDA MEMORIA FÍSICA
ÍNDICE
- Introducción
- Conceptos teóricos
- Descripción del experimento
- Datos experimentales obtenidos
- Conclusión INTRODUCCIÓN La energía mecánica es la relacionada con la posición y el movimiento de los objetos. Esta puede estar en forma de energías potenciales o cinéticas o de ambas formas. Cada vez que hay un trabajo, debe haber energía, la cual es la capacidad de un sistema para realizar trabajo. En la caída libre de un objeto podemos percibir que, al aumentar su energía cinética, disminuye su energía potencial. Esto nos explica la tendencia de la energía mecánica a permanecer constante, lo cual quiere decir que se conserva. CONCEPTOS BÁSICOS ·Energía mecánica: Energía donde interviene tanto la posición como los movimientos de los cuerpos. Esto quiere decir que la energía mecánica es la sumatoria de las energías potenciales, cinéticas y la energía elástica de un objeto en movimiento,( aunque en este experimento no actúa la energía elástica). E = Ug + K + Uk (J) Energía potencial gravitatoria: Energía potencial que depende de la altura asociada con la fuerza gravitatoria. Ésta dependerá de la altura relativa de un objeto a algún punto de referencia, la masa y la fuerza de la gravedad.
Ug = m ∗ g ∗ h Energía cinética: Energía asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo. K =
( m ∗ v 2 ) Principio de conservación de la energía: Indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación. ∆ Em = Emf − Emi = 0 DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO
1. Descripción del prototipo a ensayar y del procedimiento de toma de medidas mediante el empleo del osciloscopio digital. Para la realización del experimento, será necesario el uso del prototipo de caída libre, que consiste en un tubo transparente vertical, por el cual se deja caer una bola de acero. Para simular el estado inicial de reposo, se inmoviliza la bola en la parte superior mediante un electroimán que accionado por un pulsador transmite una corriente de 5 voltios que da lugar a la imanación de la bola con el electroimán. Se libera el pulsador para iniciar el movimiento de caída libre de la bola, pudiendo registrar en el canal 1 del osciloscopio dicho evento. Una barrera fotoeléctrica deslizable colocada a una distancia ‘z’ del extremo superior del tubo nos servirá para tomar la medida del tiempo empleado recorrer dicho desplazamiento vertical, a su vez, esta barrera está conectada al canal 2 del osciloscopio. El intervalo de tiempo en el que la bola pasa por la barrera (cuando se ha soltado el pulsador) da lugar a un escalón en la tensión de la célula, quedando esté reflejado en el canal 1 y 2 del osciloscopio. La variación de la tensión del canal 2 se debe al paso de la bola entre los dos diodos, produciéndose un escalón, en tensiones, por un breve momento, para recuperar instantáneamente después su tensión original. Por lo tanto, al ajustar la escala horizontal del canal 2 (para ampliar el escalón de tensiones provocado por el paso de la bola por la barrera fotoeléctrica) y al emplear los cursores del osciloscopio obtendremos un escalón del cual extraemos el tiempo de caída( t 1 : para saber en qué instante estamos trabajando) y el tiempo de paso de
Su línea de tendencia es lineal. Determinación experimental de la constante de gravedad (g) : La gráfica refleja una función parabólica de la forma: Z=(1/2)gt 12 Un objeto de masa m, sometido a la fuerza de la gravedad, en un movimiento vertical de caída libre mantendrá una aceleración constante igual la aceleración de la gravedad: Fg=mg=ma ; a=g
3. Determinación experimental del valor de la velocidad en un determinado instante en el transcurso del movimiento de caída libre. Puesto que el valor de (t2) medido representa el tiempo que tarda la bola de diámetro d, en atravesar la barrera fotoeléctrica, se puede calcular la velocidad instantánea como: Vi= dbola/t 2
·Tomando un diámetro de d = 11 mm, verifíquese gráficamente la relación lineal de v(t1) y obténgase el valor experimental de la constante de gravedad.
4. Comprobación empírica del teorema de conservación de la energía mecánica. El teorema de la conservación de energía mecánica nos dice que el incremento de esta desde un punto A a otro punto B es igual al trabajo realizado por las fuerzas no conservativas de dicho sistema. Estas fuerzas dependen en general del camino recorrido. Por ejemplo, una fuerza de rozamiento realiza un trabajo mayor cuanto mayor sea la distancia recorrida, aunque los puntos iniciales y finales sean los mismos en todos los caminos. Datos obtenidos Primero de todo tenemos la gráfica de la energía cinética a partir de los datos obtenidos anteriormente y mediante de la fórmula de dicha variación energética: K =
( m ∗ v 2 ) Por otro lado también determinamos el estudio de la energía mecánica mediante los datos experimentales obtenidos y la fórmula de la energía potencial: Ug = m ∗ g ∗ h
Conclusión Para concluir podemos afirmar que la variación de energía mecánica no es cero exactamente debido a que hemos despreciado unas fuerzas conservativas debidas al rozamiento del objeto de estudio con el aire y con el tubo por el que se lleva a cabo la caída libre. Se podría achacar a un fallo humano al tomar los datos de manera experimental pero no consideramos esta opción ya que la toma de datos se lleva a cabo mediante unos sensores de movimiento. Por lo tanto se cumple el principio de conservación de la energía mecánica.
Cristóbal González
Miguel Moliné
1º IGE
