conservació de l'energia - ies sant vicent ferrer...fÍsica i quÍmica – 1r batxillerat ies...

FÍSICA I QUÍMICA – 1r BATXILLERAT

IES Sant Vicent Ferrer - 1

CONSERVACIÓ DE L’ENERGIA AMB UNA PILOTA DE BÀSQUET (EXAO)

1. Introducció

Una de les lleis fonamentals de la física estableix que, en absència de forces externes, els sistemes mecànics conserven l’energia total, és a dir, la suma de l’energia cinètica i la potencial. No obstant això, en la major part de casos quotidians no es donen les condicions ideals per tal que es complesca aquest principi i hi ha sovint “pèrdues” significatives d’energia, tal com veurem en aquesta pràctica. Mitjançant una pilota de bàsquet, que rebota amb prou facilitat, es pot verificar que a cada rebot es perd energia i la pilota ja no arriba a l’altura inicial, per això els jugadors de bàsquet han de rebotar-la amb les mans per tal que “recupere” l’altura inicial.

2. Objectius

Comprendre de forma experimental les limitacions pràctiques dels principis de conservació i avaluar les pèrdues d’energia en un sistema no lliure. Més concretament:

• Aprendre a fer muntatges al laboratori de física. • Realitzar càlculs sobre resultats experimentals. • Elaborar un informe sobre l’experiència realitzada. • Emprar l’ordinador i els equips EXAO per a determinar l’acceleració d’un mòbil.

3. Material necessari

Sensors de moviment i programa Data Studio Pilota de bàsquet Vareta i nou per enganxar el sensor de moviment Vareta suport vertical amb gat per a la taula

4. Realització i taula de resultats

Mesureu la massa de la pilota: m = ............ kg

Agafeu la pilota amb les dues mans a uns 20 cm sota el sensor i solteu-la fins que rebote un parell o tres de vegades, a l’hora que engegueu el sensor mitjançant el botó INICIO del programa Data Studio.

Calculeu l’acceleració de caiguda lliure a partir de les dades de la gràfica que dibuixa l’ordinador. Per això cal seguir les instruccions de l’ANNEX.

Resultat: a = g = ............... m/s2

Mesureu les velocitats d’arribada i de reeixida de la pilota i les altures que ateny a cada rebot.



Calculeu les energies potencial i cinètica en cada cas i les pèrdues d’energia (en %) a cada rebot.

Determineu l’altura inicial (h0 = ......... m) i ompliu la taula de resultats següent:

Rebot varribada Ecinarribada vreeixida Ecreeixida hrebot Epotrebot % perdut

Inicial 0 0 0 0 h0 mgh0 0

1

2

3

4

5. ANNEX : Com operar amb el programa Data Studio per a obtenir dades del moviment i determinar l’acceleració i la velocitat en la caiguda i rebots de la pilota de bàsquet

Material específic de l’equip EXAO : sensor de moviment i programa Data Studio Equip EXAO amb sensor de distància (la clau d’abast del sensor ha d’estar situada en la posició senyalada amb un carro)



PROCEDIMENT EXPERIMENTAL

1) Col·loqueu el sensor en el suport enganxat mitjançant una vareta, situat en la vertical del punt on s’inicia el moviment de la pilota. Convé que la làmina sensora estiga una mica inclinada per tal que detecte millor la pilota.

2) Connecteu el sensor de distància al dispositiu d’intercanvi a l’USB.

3) Connecteu a un port USB d’un ordinador on estiga instal·lat el programa “Datastudio” de PASCO.

4) Apareixerà una pantalla que us permetrà posar en marxa el programa “Datastudio”, feu-ho.

5) Automàticament apareixerà la gràfica posició-temps:



6) Entreu a CONFIGURACIÓ i escolliu també la gràfica velocitat - temps:

7) Tanqueu la finestra de “CONFIGURACIÓN” i arrossegueu des de la columna de “DATOS” les dades de velocitat a la gràfica i llavors apareixeran aquestes dues gràfiques així:



8) Poseu en marxa el programa (premeu botó “Inicio”) i solteu la pilota des d’uns 20 cm per davall del sensor, fins que toque en terra i rebote tantes vegades com siga possible. El programa enregistrarà valors de posició – temps i velocitat – temps fins a obtenir unes gràfiques semblants a aquestes dues:

9) Seleccionem i suprimim tots els punts que, de forma raonada, no interessen. Amb la resta de punts fem l’ajust per a determinar l’acceleració de la gravetat. Per això escollim la primera paràbola i l’ajustem. Amb el botó “Ajustar” seleccionem l’ajust quadràtic.



10) Obtindrem l’ajust dels nostres valors experimentals a una equació del tipus

y = A x2 + B x +C

on, en el nostre cas x és el temps i y la distància de la pilota al sensor.

11) Ací podem guardar en una carpeta totes les dades obtingudes fins ara.

6. Resultats

L’ajust anterior ens proporciona l’equació del moviment de la pilota:

x = 44,0 – 29,1 t + 4,82 t2

que comparem amb l’equació del moviment d’un MRUA : x = x0 + v0(t-t0) + ½ a (t-t0)2

En l’exemple, deduïm que l’acceleració de la pilota haurà estat 9,64 m/s2, que s’acosta prou als 9,8 m/s2 que esperaríem per a “g”.

Els valors C i B formen part dels errors experimentals.

7. Mesures de h0 i velocitats

En la gràfica posició – temps es pot llegir l’altura des de la que cau la pilota (h0), si restem les posicions inicial i final. Per als rebots també es pot fer el mateix.

Per a determinar les velocitats, cal llegir directament el valor de la velocitat en la segona gràfica, on a cada paràbola correspon una recta. Abans de llegir les velocitats eliminem les que no semblen raonables sinó fruit d’errors experimentals. Una vegada feta les correcció, el valor màxim i mínim que podem llegir ens dóna la velocitat, cadascuna amb un signe diferent (en arribar a terra (+) i en rebotar (-)).

Tota aquesta informació l’hem de recollir en la taula abans indicada i fer els càlculs corresponents a les energies cinètica, potencial i total en cada rebot. Al final cal determinar quin percentatge d’energia s’ha perdut a cada rebot.

8. Qüestions

1. Calculeu la imprecisió relativa (%) del valor obtingut per a l’acceleració de la gravetat respecte al que teòricament s’hauria d’haver obtingut.

2. Raona per què es perd energia a cada rebot. ¿És perd l’energia o què passa?

3. Indica en quines formes es pot transformar l’energia “perduda”.

conservació de l'energia - ies sant vicent ferrer...fÍsica i quÍmica – 1r batxillerat ies...

Documents