informe 08 final

FSICA I FACULTAD DE INGENIERA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES JUNIO 2014-A

CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA

FIARN (2014) 1

A.A. Romn Ysidro, J.J.P. Pintado Pilco, E.I. Chingay Torres, J.D. Terrones Valdivia Escuela Profesional de Ingeniera Ambiental, Universidad Nacional del Callao

Av. Juan Pablo Segundo 306, Bellavista Callao

[email protected], [email protected], [email protected],[email protected]

Realizado el 16 de Junio del 2014; presentado el 23 de Junio del 2014

RESUMEN

En el presente informe analizamos en forma experimental la conservacin de la energa

mecnica, veremos cmo en un resorte se conserva la energa cintica y potencial, mientras

crece una la otra decrece y de esta manera se conserva y no se altera.

Palabras claves: Energa, Pascar, movimiento, aceleracin, Joule.

INTRODUCCIN

FUNDAMENTO TERICO

La energa se puede presentar

en formas diferentes, es decir,

puede estar asociada a

cambios materiales de

diferente naturaleza. As, se

habla de energa qumica

(cuando la transformacin

afecta a la composicin de las

sustancias), de energa

trmica (cuando la

transformacin est asociada

a fenmenos calorficos), de

energa nuclear (cuando los

cambios afectan a la

composicin de los ncleos

atmicos), de energa

luminosa (cuando se trata de

procesos en los que interviene

la luz), etc.

MATERIALES Y EQUIPOS

- Computadora - Programa Data Studio - Interface Science Workshop 750 - Hilo -Soporte -Pesas

ACTIVIDADES

1.- Primera Actividad



FIARN (2014) 2

CUESTIONARIO

1.- Con los valores de la tabla 1 realizada en clase, graficar fuerza elstica vs elongacin en papel milimetrado a partir de esto encontrar la constante elstica del resorte Luego de graficar con los datos de la tabla 1 usamos el ajuste lineal y la constante de elasticidad sera la pendiente, en este caso 31.78

2.-Qu representa el rea bajo la curva fuerza elstica vs elongacin? Cmo podra

determinar la variacin de la energa potencial elstica con ayuda de esta grafica?

Fsicamente el rea bajo la curva de la grfica F vs x, es numricamente igual al trabajo

realizado por la Fuerza F, pero como la fuerza F es la fuerza de estiramiento del resorte y

como este trabajo es igual a la variacin de la energa potencial elstica podemos concluir

que el rea bajo la curva es igual a la variacin de la energa potencial elstica.

3.- cmo podra determinar la energa potencial almacenada en un resorte para un

estiramiento dado, si la grfica fuerza elstica vs elongacin no es lineal?

Si la grfica no es lineal se podra calcular infinitesimalmente con la sumatoria de reas, a

este artificio en las matemticas llamamos la integral.

4.- Cul es la rapidez mxima que se observa en el sistema masa-resorte?

La mxima velocidad es cuando la energa potencial elstica es igual a 0 y la energa cintica

al debe ser mxima, aprovechando el teorema de trabajo energa cintica podemos llegar a

que la energa potencial elstica 2 es mxima cuando la cintica es igual a 0 por lo tanto se

usara la siguiente formula = 05 2 entonces el valor ser 0.008.

5.- Diga cuales son los valores mximos y mnimos para los valores de las energas

potencial y cintica

Cuando la energa cintica es mxima, la energa potencial es mnima, ya que el resorte va

tomando su forma natural, cuando la energa potencial es mxima, la energa cintica es

mnima, ya que el resorte no se mueve, por la presin que se ejerce en el resorte y que causa

su deformacin.



FIARN (2014) 3

6.- Cul es la energa total del sistema? Es constante con el tiempo?

La variacin de energa mecnica es cero por el principio de conservacin de la energa

mecnica, por lo tanto no depende del tiempo.

7.- Qu energa total tendr el sistema luego de 60s?

Ser igual a cero por el principio de conservacin de la energa.

8.- De las grficas Epe y Ec vs. Posicin, localice los puntos donde Ep = Ec.

Todos los puntos de la grfica que choque con el trazo de una lnea horizontal en el punto

Ec = 0.545, este punto significa el equilibrio entre la energa mxima y mnima de la cintica,

el punto donde la energa cintica es igual a la energa potencial.

9.- Si el resorte se coloca sobre un plano inclinado, De qu forma seria necesario

plantear las ecuaciones para calcular las energas potencial y cintica del sistema?

La energa cintica seria de la misma forma ya que no depende de la normal

= 0.5 2

La energa potencial = 0.5 2

La energa potencial gravitatorio = 0.5 ()

10.- Por qu en la experiencia no se toma en cuenta la energa potencial gravitatoria

en las grficas?

Porque la energa potencial gravitatoria es equivalente a la suma de las otras 2 energas

(cintica y elstica)

11.- Habr una energa potencial asociada con el trabajo hecho por las fuerzas de

rozamiento?

El trabajo de la fuerza de rozamiento es igual a la diferencia entre la energa final y la inicial,

en esta diferencia interviene la energa potencial.



FIARN (2014) 4

12. Qu otras formas de energa potencial existen que no sean potencial o elsticas?

Los tipos de energa potencial que existe son:

-Qumica: la que posee un combustible, capaz de liberar calor.

-Elctrica: la que posee un condensador cargado, capaz de encender una lmpara

-Energa potencial efectiva

13. si se sabe que es cero la fuerza sobre un cuerpo en determinado punto, implica

esto necesariamente que la energa potencial es nula en ese punto

No necesariamente, ya que la suma de fuerzas es igual a cero, puede ser que las fuerzas

sean iguales y por lo tanto la suma seria cero.

14. Los resortes A y B son idnticos, salvo A es ms rgido que B. diga en que resorte

se hace ms trabajo, si: (a) se estiran a la misma distancia, (b) se estiran aplicndoles

las mismas fuerzas

Aplicndoles las mismas fuerzas. Por ambos ser estirados en la misma distancia presentan

la misma deformacin por lo que la fuerza elstica ser de ambos resortes prcticamente

igual, la diferencia est en la constante de elasticidad ya que el resorte ms rgido ser mayor

por lo que: El trabajo se define como la fuerza por el recorrido al tener mayor coeficiente de

elasticidad entonces presentar mayor trabajo En el caso (b) cuando a ambos resortes se les

aplica igual fuerza de deformacin igual el trabajo se define como la resultante de las fuerzas

por el recorrido. En donde la fuerza la Fr se definira como la fuerza de deformacin menos

la fuerza elstica. Al tener el resorte mayor fuerza elstica entonces la Fr se reducir por otra

parte el resorte menos rgido tendr menor Fe por lo de la constante desempeando ms

trabajo

15. considere un resorte de constante elstica k. si el resorte se corta exactamente por

la mitad de su longitud, Qu ocurre con el valor de k? Muestre su respuesta

analticamente

Si tenemos un resorte de cierta constante al cortarlo por la mitad es posible que sta no

muestre gran variacin, sin embargo se logra comprobar colocando cargas de masas

ascendentes conforme a los intentos. Se medir la longitud inicial y final para cada colocacin

de las masas para calcular las elongaciones, las cuales deberan ascender. Se forma una

grfica de la fuerza elstica (se calcula multiplicando las masas por la gravedad) y

elongaciones cuya pendiente correspondiente vendra a ser la nueva constante de

elasticidad.

16. Se observa un resorte comprimido, amarrando sus extremos una contra otro

rgidamente. En estas condiciones se echa cido y se disuelve. Qu ocurre con su

energa potencial almacenada?

Al salir el resorte comprimido del estado de reposo la energa almacenada se libera de pronto

por causa del cido y se dar por el mismo impulso de la salida o la accin del peso y la

fuerza elstica una deformacin considerable haciendo as a la energa potencial mxima en

ese instante.



FIARN (2014) 5

17. Si un ascensor que baja con aceleracin de la gravedad se ubica un obrero que

sostiene un depsito abierto con agua. El obrero gasta ms energa en elevar el

depsito o bajar el depsito dentro del ascensor?

La persona generara mayor trabajo cuando est subiendo ya que la gravedad se suma a la

aceleracin del ascensor y eso hace que la energa potencial gravitatoria aumente y por

consiguiente aumente el trabajo.

18.-En un laboratorio se tiene en dos vasos bien resistentes y dentro ellas dos barras

delgadas de acero respectivamente. Si una de ellas esta doblada de manera que las

paredes del vaso no le permite enderezar. Si se le hecha la misma cantidad de cido

sobre las barras. Cul se disolver primero la barra de acero doblada o la no doblada?

Se disolver primero la barra de acero no doblada porque cuando acta el cido disuelve

mayor frecuencia en menos denso.

19.-En una piscina olmpica, Por qu un clavadista va aumentando su altura conforme

salta en un trampoln?, aumenta su energa mecnica total?, de dnde saca la

energa para realizar los saltos?

Va aumentando su altura para aumentar su energa mecnica. Si aumenta su energa total

porque genera mayor velocidad. Realiza la energa mediante el impulso que forma al

momento de inclinarse para hacer un movimiento parablico.

20.-Es sabido que la pulga es un propagador de enfermedades. Explique donde

almacena la energa potencial elstica as como el tiempo que demora en realizarla para

que esta pueda saltar casi 200 veces la longitud de su cuerpo.

Con la velocidad de la pulga en la pulga oscila almacena su energa mediante su impulso

para dar saltos.

21.- Qu son los mviles perpetuos? Explique los avances actuales para su

construccin

Es una mquina hipottica que sera capaz de continuar funcionando eternamente, despus

de un impulso inicial, sin necesidad de energa externa adicional. Se basa en la idea de la

conservacin de la energa. Su existencia violara tericamente la segunda ley de la

termodinmica, por lo que se considera un objeto imposible, el hecho de impulsar un mvil,

sin energa externa, es imposible, debido a que la energa se disipa en muchos medios,

principalmente en calor, que producira la mquina al estar en movimiento.

22.-Se tiene dos trozos de carbonos idnticos y de igual masas ubicadas en uno en

primer piso y el otro en el segundo piso de una fbrica. Cuando los carbonos

desaparecieron despus de arder, tuvieron igual o diferente sus energas de los

productos de la combustin? Explique

Diferentes energas porque en el segundo piso la energa gravitatoria es mayor que en la del

primer piso.



FIARN (2014) 6

23.- Un ecosistema es un sistema abierto o cerrado? Explique.

Los sistemas ecolgicos cerrados (SEC) son los ecosistemas que no intercambian la materia

por cualquier parte fuera del sistema. Aunque la tierra en s cabe claramente en esta

definicin, el trmino se utiliza ms a menudo para describir ecosistemas artificiales mucho

ms pequeos. Tales sistemas interesan y pueden potencialmente servir como sistema de

ayuda de vida durante vuelos espaciales, en las estaciones espaciales o en submarinos. En

realidad no es un sistema totalmente cerrado, pues la energa (especialmente luz y calor)

puede incorporar y dejar el sistema.

En un sistema ecolgico cerrado, cualquier residuo que produjo una especie se debe utilizar

por lo menos por otra especie. Si el propsito es mantener una forma de vida ms alta, por

ejemplo un ratn o un ser humano, residuos tales como dixido de carbono, las heces y la

orina se deben convertir eventualmente en el oxgeno, alimento, y agua.

24-. Qu son energas convencionales, no convencionales? Cite ejemplos.

Energas convencionales: Tcnicamente, las energas convencionales seran toda aquella

energa tradicional que se comercializa. Las energas convencionales no tienen por qu ser

energas no renovables, pero debido principalmente a circunstancias histricas, se puede

decir que son principalmente las no renovables, como: petrleo, carbn, gas, combustibles

fsiles.

Energas no convencionales: Son aquellas formas de producir energa que no son muy

comunes en el mundo. Su uso es muy limitado debido a los costos para su produccin y su

difcil forma para captarla

convencionales tenemos: la energa solar, la energa elica, que se obtienen de manera

natural .Y la energa qumica u otras formas de energa que se pueden crear.

25. Qu porcentaje de la energa solar que entra en la biosfera es utilizada para la

fotosntesis?

Las plantas usan el 0.8% de la energa del sol, y el resto se pierde.

26. Qu es la eMergia? Por qu es importante? Cite ejemplos.

Es la energa til (exerga) de un determinado tipo que se ha usado directa o indirectamente

en las transformaciones necesarias para generar un producto o servicio. Es decir la calidad

del cual es absorbida e los seres vivos.

27. actualmente se usan disipadores de energa para los descensos del agua en un

vertedero, estructuras de cada, bocatoma, etc. Explique a nivel bsico la importancia

del uso de estos disipadores.

Cuando el agua corre por el vertedero y los canales o tneles de descarga contiene gran

cantidad de energa y mucho poder destructivo debido a las altas presiones y velocidades.

stas pueden causar erosin en lecho del ro, en el pie de la presa, o en las estructuras

mismas de conduccin, poniendo en peligro la estabilidad de las estructuras hidrulicas. Por

lo tanto se deben colocar disipadores de energa.



FIARN (2014) 7

28. Cul es el papel de la energa cintica potencial para el control si el aire subir para cruzar una montaa o si ser forzado alrededor de ella? Explique a nivel bsico con ejemplos

Consideremos este problema bsico a travs de una simple analoga: lo que ocurre al hacer rodar una canica cuesta arriba de una colina.

Para trabajar en este sencillo problema de fsica necesitamos considerar la altura de la colina (h) y la velocidad de la canica (v) a medida que se aproxima a la colina. La canica subir la pendiente y pasar al otro lado de la colina si su velocidad inicial es suficiente como para superar la energa potencial gravitacional asociada con la colina. La energa potencial (EP) gravitacional equivale a altura de la colina multiplicada por la masa de la canica multiplicado por la gravedad. Es decir: energa potencial (EP) gravitacional = masa x altura x gravedad terrestre

Otra forma de considerar la energa potencial consiste en poner una canica en la cima de la

colina y empujarla lo suficiente para que comience a rodar, como se muestra en la animacin

de abajo. Su energa cintica (EC) cuando alcance el pie de la colina equivale a la energa

potencial que tena cuando estaba en reposo en la cima de la colina. La energa cintica (EC)

= masa/2 x v2 En este caso, toda la energa potencial se convirti en energa cintica a medida

que la canica aceleraba cuesta abajo.



FIARN (2014) 8

Ahora bien, es lgico que si invertimos este problema y volvemos a empujar la canica hacia

la colina a la misma velocidad que alcanz al rodar cuesta abajo, la canica terminar

detenindose en la cima de la colina.

EC/EP = 1: la canica se detiene en la cima de la colina.

Si aumentamos la energa cintica y hacemos rodar la canica un poco ms rpido,

sobrepasar la cima de la colina y bajar por el otro lado

EC/EP > 1: la canica pasa al otro lado de la colina.



FIARN (2014) 9

Si disminuimos la energa cintica y hacemos rodar la canica un poco ms lentamente, no

llegar a la cima de la colina, sino que se detendr antes de llegar y rodar de vuelta cuesta

abajo.

EC/EP < 1: la canica se detiene y rueda de vuelta cuesta abajo

De hecho, la razn de energa cintica (EC) a energa potencial (EP) gravitacional nos da la medida correcta de si la canica pasar al otro lado de la colina:

Si EC/EP = 1 (EC igual a EP), la canica simplemente alcanza la cima de la colina. Si EC/EP > 1 (EC excede EP), la canica pasa al otro lado de la colina. Si EC/EP < 1 (EC menor que EP), la canica se detiene antes de alcanzar la cima y

vuelve a rodar cuesta abajo.

Aunque ste es un ejemplo muy simple, el mismo principio bsico se aplica a los flujos atmosfricos y determina si el aire pasar al otro lado de la colina, se detendr (ser bloqueado) o ser desviado (canalizado) alrededor de la colina.



FIARN (2014) 10

Bibliogrfica de internet

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_e%C3%B3lica

informe 08 final

Documents