CONSERVACION DE LA ENERGIA

(PENDULO SIMPLE)

I.-OBJETIVOS:

Estudiar la conservación de la energía mecánica (suma de la energía cinética mas la energía potencial) en un sistema simple.

Investigar la relación de cambio entre la energía potencial gravitatoria y la energía potencia gravitatoria y la energía cinética de un objetivo de caída

Determinar la Gravedad experimental en Puno. Determinar el Error relativo porcentual de la Energía mecánica para dos

diferentes tiempos.

II.- FUNDAMENTO TEORICO:

La energía cinética es la energía del movimiento de un objeto. Energía potencial gravitatoria es la energía de un objeto debido a su polución vertical con relación a un punto de referencia(tal como la superficie de la tierra ). Un objeto a una determinada altura tiene energía potencial respecto a un punto de referencia inferior. Si el objeto se deja caer, gana energía cinética. ¿Qué sucede con la energía potencial a medida que cae?

Cuando un objeto se levanta, la cantidad gravitacionales sus cambios de energía potencial depende de su masa, la aceleración debida a la gravedad, y su altura. La formula para la energía potencial gravitacional (U) es :

U= mgh …… (1)

Donde m es la masa, g es la aceleración debida a la gravedad, y h es la altura.

Cuando un objeto se mueve, su energía cinética (k) depende de su masa y su velocidad Formula energía cinética , K :

K= ½ …. (2)

Donde m es la masa y V es la velocidad

Cuando se desplaza desde una altura h inicial hasta la posición mas baja a una altura Ho, es igual, en ausencia de rozamiento, al aumento de su energía cinética

K=½ o……(3)

Donde Vo es la melocidad maxima en el punto mas bajo y hemos supuesto que se libera desde h desde el reposo. Debe cumplirse entonces, que la relacion entre la velocidad desde h desde el reposo. Debe cumplirse entonces, que la relacion entre la velocidad maxima y la variación de las alturas h y ho es:

=2g(H-Ho)…. (4)

Entre otros términos, si este cuerpo cae se produce una disminución de energia potencial en tanto aumenta la cinética. Si se ignoran factores como la resistencia del aire, toda la energía potencial se convertirá en energía cinética. En otras palabras, la suma de las energías cinéticas y potencial, conocida como energia mecánica total E, permanece constate, es decir:

E=K+U= Cte …..(5)

La relación permite aplicar la “conservación de la energía” a problemas mecánicos como : caídas, péndulos, fluidos, etc. Así, es mejor usar la relación Ei= Ef de tal manera que :

Ki+Ui= Kf + Uf …. (6)

Utilice un sensor de movimiento para medir el movimiento de la pelota que cae desde una altura determinada. Utilice el Xplorer GLX para grabar y mostrar el

movimiento.

III.- INSTRUMENTOS DE LABORATORIO

Computadora personal Programa Data Studio instalado Interface Sciencie Worshop 750 Equipo de caída libre (ME-9820) Sensor de movimiento Esferas de acero o plástico Soporte Universal Vernier Balanza Regla Metálica/ Cinta Métrica (m).

IV.- PROCEDIMENTO Y ACTIVIDADES

4.1 CONFIGURACIÓN DEL GLX

1.-Encienda el GLX y abra el archivo de instalación GLX etiquetado energía .

El archivo esta configurado de modo que el movimiento se mide 25 veces por segundo(25 Hz). La pantalla grafica se abre con un grafico de la posición (m) y tiempo (s). El archivo también tiene un segundo gráfico de la velocidad (m/s) frente al tiempo (s).

2.- Conecte el sensor de movimiento a un puerto de sensor en la parte superior del GLX.

4.2 CONFIGURACIÓN DEL EQUIPO

1.- Ajuste el selector de rango en la parte superior del sensor a la medida(persona) ajuste.

2.- Utilice barras abrazaderas para el montaje del sensor por lo que se enfrenta hacia abajo. Ponga un cojín en el suelo debajo del sensor.

3.- Ajustar la altura de la sonda de modo que es al menos 2,0 m por encima de la superficie del suelo.

4.3 REGISTRO DE DATOS.

*NOTA: EL procedimiento es mas fácil si una persona toca el balón y una segunda persona que se encargar de la Xplorer GLX.

1. Mida y registre la masa de la bola en (kg)2. Sostener la pelota 15cm directamente debajo de la Motion Sensor3. Pulse Iniciar …para iniciar el registro de datos. Suelte la pelota para la

caída hacia abajo del sensor4. Pulse detener , para detener la grabación de datos cuando el balón

golpea el pad.

4.4 ANÁLISIS DE DATOS CON GLX

Utilice la pantalla grafica para examinar los datos de posición en funcion del tiempo, utilice el segundo gráfico para examinar la Velocidad vs Tiempo.

1.- Para cambiar la pantalla grafica para mostrar una carrera especifica de los datos, presione para activar el menú de eje vertical. Pulse la flecha teclas para ir a ejecutar en la esquina superior para abrir el menú.

2.- Utilice la “Herramienta Delta” para determinar la distancia que la bola cayo. Utilice las teclas de fecha para mover el cursor al comienzo de la caída. Pulse f3 para abrir el menú de Herramientas. Seleccionar Herramienta Delta y presione con dos clics para activar su selección

3.- Utilice las teclas de flecha para mover el “Herramienta Delta” hasta el final de la caída en el grafico. Registre la distancia que la pelota cayo en la tabla de datos.

4.- Utilice la distancia que la bola cayo y la masa de la bola para calcular el cambio en Energía potencial. Anote esto en el informe de Laboratorio.

5.- En el gráfico, determinar el momento en el que el balón alcanza su máxima distancia registro del tiempo. (Va a utilizar este tiempo para examinar).

6.-Cambie a grafico 2 presione F4 para abrir el menú ”gráficos” Seleccione Grafico 2 y pulse para activar su selección.

7.- Mover el cursor para encontrar la velocidad en el momento que esta mas cerca del momento en que el balón a alcanzado su máxima distancia.(usted no puede ser capaz de conseguir coordinar la hora exacta debido a la manera que la velocidad se calcula a partir de los datos de posición ) Registrar la velocidad.

8.- Utilice la velocidad y la masa de la bola para calcular la energía cinética final de la pelota.

Registre sus resultados en las Tablas 1 y 2, luego responder las preguntas propuestas en el cuestionario y preséntelas en su informe de laboratorio.

TABLA DE DATOS

Tabla Nº 1 : Datos iniciales, para diferentes tipo de materiales

Ítem Bola 1 Bola 2 Bola 3

Diámetro de la Bola

Masa de la Bola

Distancia Máxima

Material de la Bola

Tiempo máximo

Velocidad final

Cambio de energía potencial

Final de Energía Cinética

Porcentaje de Diferencia

Tabla Nº 2 : Datos de comparación, para un solo tipo de Bola de Material …….

EVENTOS 1 2 3 4 5 6 7

Altura H

Altura Ho

Velocidad final

Tiempo

V.- CUESTIONARIO:

1. Cuanto la pelota cae, ¿Qué pasara con la energía potencial gravitatoria?

2. ¿Qué pasara con la energía cinética de las bolas al caer?

3. Comparar el cambio de la energía potencial gravitatoria y la energía cinética final obtenida de la tabla Nº 1

4. Con los resultados de la tabla Nº 1 Indique ¿Cómo afecta el cambio en la energía potencial en comparación con la energía cinética final?

5. De los resultados de la Pregunta Nº3 , indique si se cumple o no, la conservación de la energía y explique porque sucede ello.

6. Con los datos de la tabla Nº 2, determinar le energía potencial gravitatoria de la bola y su energía cinética.

7. Con los datos obtenidos en la tabla Nº2, de velocidad y la diferencia de altura (H-Ho) en la tabla Nº 2 , determine la pendiente (c) empleando mínimos cuadrados como ajuste lineal.

8. De la pendiente obtenida y la relación c=2g , determine la gravedad en Puno

9. Si comparamos la gravedad obtenida en la pregunta anterior con la estimada al nivel del mar, ¿Cuál es el error relativo Porcentual obtenido entre ambos?

10.Proponga usted como determinar la resistencia del aire de manera experimental