INFORME LABORATORIO N°7 para FISICA II-2

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    LABORATORIO DE FISICA II

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    Tema: TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGIA

    Cdigo : G06212

    Semestre: II

    Grupo : D

    Lab. N : M8

    INTRODUCCIN.-

    1. OBJETIVOS Comprobar la relacin entre el trabajo aplicado sobre un objeto y la variacin e su

    energa cintica.

    Realizar clculos cinemticos basndose en consideraciones dinmicas ymecnicas para los materiales y accesorios usados.

    2. MATERIAL Y EQUIPO Computadora personal con programa Data Studio instalado. Sensor de fuerza (Dinammetro). Sensor de movimiento. Mvil PASCAR. Polea. Pesas con portapesas. Cuerda. Regla.

    3.

    INDICACIONES DE SEGURIDAD

    Implementos de seguridad de uso obligatorio

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    Anlisis de Trabajo Seguro (ATS)N TAREAS RIESGOS IDENTIFICADOS MEDIDAS DE CONTROL DEL

    RIESGO

    1Recoger materiales y

    equipo

    Cada de objetos, choque con

    algn compaero, rasguos.

    Caminar con cuidado, recibir

    ayuda de un compaero.

    2 Armado del equipoCada de algn fierro en los

    pies, choques.

    Usar zapatos de seguridad,

    trabajar ordenadamente.

    3Realizacin del

    laboratorio

    Choques, golpes con algn

    compaero.

    Trabajar ordenadamente para no

    entorpecer el trabajo.

    4 Desarmado del equipoCada de algn equipo en los

    pies.

    Usar zapatos de seguridad,

    hacerlo con cuidado y calma.

    5Devolucin de equipo y

    materialesCada de objetos

    Sujetar firmemente, evitar

    tropezarse, colocar en el lugar

    indicado.

    6 Orden y limpiezaGolpear a alguien con algn

    til de limpieza o chocarse.

    Caminar con cuidado y

    ordenadamente.

    AdvertenciasADVERTENCIA

    Leer detalladamente el procedimiento y verificar el correcto funcionamiento de los equiposentregados.

    Identificar las conexiones entre los equipos y que estn debidamente guiadas para evitarprovocar accidentes.

    Antes de encender el equipo, el profesor del curso debe verificar las conexiones y dar su vistobueno.

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    4. BASE TEORICA

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    5. PROCEDIMIENTOTeorema trabajo y energa

    Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y

    seguidamente reconocer el sensor de movimiento previamente insertado a la interfase

    Power Link.

    El sensor de movimiento es un dispositivo como un sonar que emite pulsos de sonido y

    luego los recoge, mediante este procedimiento calcula las variables del movimiento.

    Seguidamente procedemos a configurar dicho sensor, para lo cual hacemos doble clic

    sobre el icono CONFIGURACION, seleccionamos posicin, velocidad y aceleracin, adems

    modificamos la frecuencia de registro y la llevamos hasta 50 Hz.

    Una vez calibrado el sensor arrastramos el icono Grafico sobre el icono sensor de

    movimiento y seleccionamos la grafica velocidad - aceleracin vs tiempo, luego hacemos

    el montaje de la figura 2.

    No permita que el mvil golpee la polea.

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    Ahora coloque el mvil en la posicin inicial (a 0.15 m del sensor), realice las medicionescon la masa de 50 gramos suspendida del hilo.

    Inicie la toma de datos soltando el mvil y oprimiendo el botn Inicio en la barra de

    configuracin principal de Data Studio. Utilice las herramientas de anlisis del programa

    para determinar la velocidad media y la aceleracin media.

    Repita el proceso hasta completar 10 mediciones, llenando la tabla 1.Borre las mediciones

    incorrectas, no almacene datos innecesarios.

    TABLA 1

    Masa total del conjunto mvil (kg): 250grMedicin 1 2 3 4 5

    Velocidadmxima(m/s)

    0.83 0.89 0.87 0.89 0.89

    Distanciarecorrida(m)

    0.524 0.579 0.604 0.573 0.60

    Aceleracinmedia

    (m/s2)

    1.2 1.0 1.1 1.0 1.0

    Tiempoempleado (s) 0.54 0.60 0.57 0.76 0.70

    Fuerza aplicada(N)

    0.1643 0.1710 0.1566 0.1728 0.1650 PROM (J)

    Trabajo Total (J) 0.0861 0.0990 0.0946 0.0990 0.0990 0.0956 0.1182 0.0892 0.0893

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    Variacin de la energa cintica del

    mvil al ir de la posicin (a) hasta laposicin (b) (J)

    Trabajo total realizado sobre el mvilpara lograr el desplazamiento desde

    (a) hasta (b) (J)

    Verificacin del teorema del trabajo y la Ek.

    Ingrese al programa Data Studio, haga clic sobre el icono crear experimento y

    seguidamente reconocer el sensor de fuerza (tiro positivo, con 2 decimales) y el sensor

    de movimiento previamente insertado a la interface Power Link.

    Ahora teniendo cuidado de que la cuerda no haga ningn ngulo con la superficie, arrastre

    la masa como ve en la figura 3, mientras hace esta operacin su compaero grabara los

    datos en la computadora.

    Con los datos proporcionados por los sensores de fuerza y movimiento puede calcular

    tanto la energa cintica del mvil, as como la potencia desarrollada por la fuerza como

    funciones del tiempo. Para tal fin abra una grafica Fuerza vs posicin y elija el tramo en el

    cual la fuerza aplicada sea constante y realice el ajuste lineal para identificar la funcin

    lineal, esta expresin debe ser comparada con los valores obtenidos para la energa

    cintica desarrollada en ese tramo, luego realice el grafico Trabajo vs. Tiempo y determineel valor de la potencia desarrollada por el mvil.

    TABLA 2

    Masa total del conjunto mvil (kg):250gr + 500 gr = 0.750kgMedicin 1 2 3 4 5

    Velocidadmxima(m/s)

    0.3500 0.4 0.36 0.41 0.4

    Distanciarecorrida(m)

    0.4950 0.468 0.435 0.511 0.532

    Fuerza aplicada(N)

    0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 PROM (J)

    Trabajo Total (J) 0.0990 0.1030 0.0870 0.1022 0.1064 0.0995 0.0459 0.0600 0.0486 0.0630 0.0600 0.0555

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    Variacin de la energa cintica del

    mvil al ir de la posicin (a) hasta laposicin (b) (J)

    0.0555 J

    Trabajo realizado sobre el mvil paralograr el desplazamiento desde (a)hasta (b) (J)

    0.0.995 J

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    6.CUESTIONARIO6.1.Tomando en cuenta el proceso Teorema trabajo energa responda:

    6.1.1. Con los resultados mostrados en la tabla 1, determine la relacin entre lavariacin de la Ecy el trabajo total realizado, En su opinin se cumple elteorema trabajo energa? Por qu?

    Se cumple el teorema porque el trabajo efectuado por la fuerza total sobre

    una partcula es igual al cambio de energa cintica de la partcula.

    6.1.2. Utilice los datos posicin tiempo y realice una grafica fuerza posicin,Qu determina el rea bajo la curva?

    El area bajo la curva determina el trabajo

    6.1.3. En el experimento realizado, Dira usted que la fuerza ejercida por la masacolgante es conservativa o disipativa?, explique su respuesta.

    Es conservativa porque el peso est realizando un trabajo positivo,manteniendo constante la energa; una fuerza es conservativa cuando se

    comporta con las mismas caractersticas que las fuerzas peso y fuerza

    elstica.

    6.2.Tomando en cuenta el proceso Verificacin del teorema del trabajo y laEk responda:

    6.2.1. El trabajo calculado como integral de la fuerza respecto de la distancia esigual a aquel calculado como la integral de la potencia respecto al tiempo?Entregue los valores y el error porcentual

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    Utilizamos la funcin rea y nos proporciona un trabajo igual a:

    Error porcentual:

    6.2.2. Cmo pueden presentarse los resultados para demostrar el teorema deltrabajo y la energa cintica?

    D dos formas: grficas de Fuerza en funcin de la posicin o de la potencia

    en funcin del tiempo, en ambos grficos calcular el rea nos permite conocerel trabajo y al mismo tiempo la variacin de la energa cintica.

    6.2.3. Las fuerzas de rozamiento juegan un papel importante en estaexperiencia? Justifique su respuesta.

    Si, porque la fuerza de friccin acta en contra de la fuerza que le aplicamos ,

    dndonos un trabajo en contra, por lo que el trabajo total es menor que el

    trabajo aplicado solo por la fuerza, lo cual se observa en la diferencia que

    existe entre la variacin de la energa cintica y el trabajo realizado por la

    fuerza.

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    7. APLICACIN DE MATLAB7.1.Problema 01:

    Resolver con Matlab y representar en forma grafica las magnitudescorrespondientes. Un trineo de 8 kg. Se encuentra inicialmente en reposo sobreuna carretera horizontal. El coeficiente de friccin cintica entre el trineo y lacarretera es 0.4. el trineo se empuja a lo largo de una distancia de 3 m. con unafuerza de 40 N que forma un ngulo de 30 con la horizontal.a. Determinar el trabajo realizado por la fuerza aplicada.b. Determinar el trabajo de friccin.c. Calcular la variacin de energa cintica experimentada por el trineo.d. Determinar la velocidad del trineo despus de recorrer la distancia de 3 m.

    CODIGO

    clearclcm=8;u=0.4;N=9.81*8;Fr=u*N;F=40;Fx=40*cosd(30);Wfr=Fr*3;Wfx=Fx*3;Ek=Wfx-Wfr;FR=Fx-Fr;a=FR/8;Vf=sqrt(a*3);disp('el trabajo de la fuerza es:')disp(Wfx);disp('el trabajo segun la fuerza de rozamiento es:')disp(Wfr);disp('la variacion de la energia cinetica es:')disp(Ek);disp('la velocidad a la que recorre en 3 m es:')disp(Vf);

    v=0:0.01:1.1200;e=8*(v.^2)/2;plot(v,e,'gd');grid on;xlabel('velocidad');ylabel('espacio');

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    SOLUCION

    el trabajo de la fuerza es:

    103.9230

    el trabajo segun la fuerza de rozamiento es:

    94.1760

    la variacion de la energia cinetica es:

    9.7470

    la velocidad a la que recorre en 3 m es:

    1.1038

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    7.2.Problema 02:Resolver con Matlab y representar en forma grafica las magnitudescorrespondientes. Un objeto se desliza sin rozamiento a lo largo de la pistaindicada en la figura. Inicialmente est en el punto P y se lanza hacia abajo conuna velocidad V0.Describir el movimiento con todo el detalle que se pueda, si V0=7 m/s y V0=12m/s.Cul es la mnima velocidad necesaria para que el objeto sobrepase el punto Q?

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    8. CONCLUSIONES Se comprob que el trabajo y variacin de la energa cintica estn relacionados, al

    ejercer una fuerza que vence el reposo de un objeto se realiza un trabajo,relacionando de esta forma la fuerza y la distancia desplazada del objeto, pero almismo tiempo estamos haciendo variar la energa cintica mientras el objeto sedesplaza, por este motivo podemos concluir que siempre que haya trabajo, existirenerga cintica.

    Se realiz clculos cinemticos basndose en consideraciones dinmicas ymecnicas para los materiales y accesorios usados.

    El teorema del trabajo nos ayuda a relacionar magnitudes escalares como la masacon magnitudes vectoriales como la velocidad, y poder calcular de forma directa eltrabajo realizado sin necesidad de recurrir al clculo de las fuerzas que actansobre el mvil o cuerpo en experimentacin.

    9. OBSERVACIONES Fue necesario colocar un pedazo de papel en la parte posterior del mvil que se

    encontraba ms cerca al sensor de movimiento para mejorar la medicin de datos

    efectuada por el sensor de movimiento.

    Se debe colocar el sensor d fuerza en cero para evitar errores en las mediciones. Hubo dificultades al momento de armar el sistema porque una polea era demasiado

    grande y no se pudo crear un ngulo entre la superior y la inferiror con facilidad.

    10.BIBLIOGRAFIA Todas las imgenes mostradas fueron tomadas por el grupo de trabajo,

    durante la misma experimentacin realizada el da 4 de Noviembre 2013 en el

    laboratorio M8 en TECSUP; a excepcin de alguna que poseen su propia

    fuente.

    GUIA DE LABORATORIO DE FISICA II.2013.TECSUP.