INFORME DE LABORATORIO 09

CAMBIOS DE LA ENERGIA POTENCIAL

14200151 Rivera Sulla Jefferson Valentin 14200161 Yacolca Rengifo Bratt Steven 14200157 Soto Ñahui Bryam Angel

14200113 Toledo Rosadio Walter Alexander

Profesora: Sánchez Zambrano

2.-INTRODUCCIONEn la primera parte del experimento, se va determinar la constante elástica del resorte, para la cual se obtendrán datos de la masa a diferentes posiciones del resorte, observando así que la masa es proporcional ala elongación del resorte, es decir la fuerza elástica aumenta cuando aumenta la deformación del resorte. En la segunda parte del experimento de va determinar la energía potencial elástica y la energía potencial gravitatoria, en la cual la masa se va mantener constante lo único que va variar es la posición de elongación del resorte (x1) y su respectiva altura (y1) luego una vez soltada la masa con el resorte se tomara la nueva elongación del resorte (x2) y respectiva altura (y2).

3.-MARCO TEORICOTodo cuerpo que sé ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial. Esta afirmación se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso. El movimiento o deformación será tanto mayor cuanto mayor sea a la altura desde la cual cae el objeto.

4.-MARCO EXPERIMENTALMATERIALES Resorte Hojas de papel milimetrado Portapesas vertical Regla graduada de 1 metro Soporte Universal Prensa Juego de Pesas Pesas hexagonalesPROCEDIMIENTOA) Determinación de la Constante del Resorte 1.- Se hace coincidir el extremo inferior del resorte con el cero de la escala graduada o un punto de ésta que haga posible el manejo de fáciles lecturas. Para nuestro caso se utilizó x0 = 51 cm; teniendo en cuenta que esta medida es tomada desde el inicio de la regla que se encontraba al nivel de la mesa.

2.- Se cuelga el portapesas del extremo inferior del resorte para conseguir un posible estiramiento; pero no se consiguió esto pues la fuerza que ejercía el resorte era muy pequeña, casi despreciable; así que esta elongación no se tomó en cuenta. 3.- Se adiciona masas al portapesas y se anota los estiramientos producidos, colocando estos datos en la tabla1. Se debe tener en cuenta que el estiramiento no debe pasar del límite elástico del resorte. 4.- Finalmente se considera un peso máximo suspendido del resorte y se retira las masas una a una del portapesas y se procede a anotar nuevamente los estiramientos. 5- Calculamos el promedio de las lecturas y determinamos los correspondientes estiramientos para cada masa usada. B) Determinación de la Energía Potencial Elástica y la Energía Potencial Gravitatoria 6.- Se suspende una masa de 1kg del extremo del resorte y la hacemos descender de tal manera que produzca una elongación de 1cm y se registra este valor como un x1. 7.- Se suelta la masa de manera que caiga libremente y se registra un valor para x2 que será el punto más bajo donde haya llegado el extremo inferior del resorte. 8.- Se repite los pasos (6) y (7) para nuevos valores de x1 como 2 cm, 3 cm, 4cm y 5cm. Anotar estos valores en la tabla 2.

1.-RESUMEN

El siguiente trabajo que se presenta en esta oportunidad que lleva por titulo” Cambios de la Energía Potencial” se realizaron en dos partes relacionadas con la determinación de la Constante del Resorte y la determinación de la Energía Potencial Elástica y la Energía Potencial Gravitatoria.

5.-Cuestionario

1.- Grafique e interprete las fuerzas aplicadas versus los estiramientos del resorte usando los valores de la Tabla 1. En el experimento desarrollado ¿F es proporcional a x?

Podemos notar que F es directamente proporcional a X.

F X DX DF

0.40.91.41.92.12.93.13.9

0.0040.0170.0320.05

0.0680.0870.1080.125

0.50.50.50.20.80.20.8

0.130.150.180.180.190.210.17

DX = 0.5 DY = 0.17

2.- A partir de la pendiente de la grafica F vs. x. determine la constante elástica del resorte.

m : pendiente

M = DY/DX = 0.34

F = m . X = (0.34) . X

F = -k . X = (0.34) . X

K = -0.34

3.- Halle el área bajo la curva en la Gráfica F versus x. ¿Físicamente qué significa esta área?

El área bajo la recta corresponde a un trapecio el cual podemos dividirlo en dos: un triángulo y un rectángulo. El área representa la energía potencial elástica.

La gráfica debería pasar por el origen pero debido a que la resistencia del resorte no pudo ser vencida por una masa inicial dada se necesitó de una fuerza en este caso de 3.43N para que se inicie el estiramiento, es así que se da el área de una forma rectangular.

4. Si la grafica F vs. x no fuera lineal para el estiramiento dado de cierto resorte ¿Cómo podría encontrar la energía potencial almacenada?

Se calcularía tomando el área, calculando pequeñas áreas entre x1 y x2, y por medio de una sumatoria de estas áreas obtendríamos la energía potencial almacenada, esto podemos expresarla mediante la integral:

Donde F es la fuerza aplicada al estiramiento del resorte

5.- Observe de sus resultados la pérdida de energía potencial gravitatoria y el aumento de la energía potencial del resorte cuando la masa cae. ¿Qué relación hay entre ellas?

La relación que hay entre ellas es que son inversamente proporcionales, lo cual se consta, pues una tiende a crecer (energía potencial elástica) y la otra decrece (energía potencial gravitatoria). Esto demuestra la conservación de la energía potencial.

7. ¿En las interacciones tratadas entre la masa y el resorte se conserva la energía?

Estrictamente hablando no se conserva la energía pues influyen fuerzas externas como la resistencia del aire, campos eléctricos gravitatorios y magnéticos de los materiales del laboratorio, pero estas variaciones se pueden considerar contantes. En este caso la masa y el resorte se conserva la energía porque primero cuando sostenemos el resorte en una posición el cuerpo tiene una energía potencial gravitatoria y cuando lo soltamos gran parte de la energía potencial gravitatoria se transforma en energía potencial elástica desarrollada por el estiramiento del resorte.

8. Cuando la masa de 0,5Kg. para k menores que 30N/m, o masa de 1,10Kg. para k más de 50N/m, ha llegado a la mitad de su caída, ¿cuál es el valor de la suma de las energías potenciales?

Para k menores que 30 N/m:K = 20 ; H= altura de la caída ; m = 0.5 kg

Luego

Epg + Epe = 1.1956 + 0.5978 = 1.7934

Para k mayores de 50 N/m

K = 60 ; H= altura de la caída ; m = 1.10 kg

Luego

Epg + Epe = 1.9289 + 0.9645 = 2.8934

9. Grafique la suma de las energías potenciales en función de los estiramientos del resorte. ¿Qué puede deducir usted de este gráfico?

X1 (m)Us1 = (J)

Ug1 = mgy1 (J) Us1 + Ug1

0.01 0.0024 2.749 2.7514

0.02 0.0099 2.699 2.7089

0.03 0.039 2.65 2.689

En este primer grafico deducimos lo siguiente: a medida que avance la longitud del estiramiento irá disminuyendo la suma de la energía potencial elástica más la energía potencial gravitatoria pues estas dos energías depende de la variación de x1.

X2 (m)Us2 = (J)

Ug2 = mgy1 (J) Us2 + Ug2

0.29 2.092 1.325 3.417

0.26 1.682 1.423 3.105

0.24 1.433 1.472 2.905

En este segundo grafico deducimos lo siguiente: a medida que avance la longitud del estiramiento irá disminuyendo la suma de la energía potencial elástica más la energía potencial gravitatoria pues estas dos energías depende de la variación X2.

10 ¿Bajo qué condiciones la suma de la energía cinética y la energía potencial de un sistema permanece constante?

Al tener la energía cinética y la energía gravitatoria constante se cumplirá la ley de la conservación de la energía mecánica Em (2) = Em (1) claro esto siempre y cuando la energía cinética y potencial resulten de solo fuerzas conservativas y no exista tampoco trabajo de rozamiento.Por tanto permanecerá constante bajo condiciones normales que no afecten el desarrollo de la transferencia de energía.

6.-Conclusiones

-Los experimentos realizados muestran que a mayor deformación del resorte, este tiene mayor capacidad de transmitir movimiento o realizar trabajo. -La fuerza elástica esta presente en cualquier punto del interior del resorte y siempre se va oponer a la fuerza deformadora. -También podemos afirmar que a mayor fuerza aplicada, el resorte experimenta mayor deformación. -La energía potencial elástica depende de la deformación y la rigidez del resorte. -Al momento de estirar el resorte, se desarrolla trabajo y al resorte se le transmite energía. -La energía potencial no tiene ningún significado absoluto, sólo la diferencia de la energía potencial tiene sentido físico. , si el trabajo se realiza mediante algún agente contra la fuerza conservativa; si el trabajo es realizado por la fuerza conservativa.

7.-Bibliografia

NAVARRO, F. TAYPE1998 Física Volumen 2 , Lima, Editorial Gomez S.A.

SABRERA ALVARADO, Régulo; PEREZ TERREL, Walter1992 Física 1, Lima, W.H.Editores S.R.Ltda.