TRABAJO Y ENERGIA -FISICA 4

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FISICA l – LABORATORIO
Trabajo y Energía mecánica
	PROFESOR: 		Jorge Malpica
	CARRERA: 		Ing. Industrial
	CICLO: 			lll
	INTEGRANTES:
· Celiz Espinoza Araceli N00175620
· Huamani Quispe Julio N00180368
· Sarria Padilla Joseph N00181729
· Arevalo Alamas Joseph N00183828
· Tomas Javier Alfredo N00185407
· Charri Valerio Johan N00176398
	AÑO:
2019
TRABAJO Y ENERGÍA
I. Marco Teórico
Los conceptos de Trabajo y Energía se fundamentan de las leyes de Newton. Para realizar el trabajo sobre un objeto, es necesario aplicar una fuerza en la dirección del movimiento o en contra. El trabajo se define como el producto escalar del vector Fuerza por el vector desplazamiento y se calcula:
𝑊 = 𝐹 ∙ 𝑠 = 𝐹𝑠𝑐𝑜𝑠𝜃	(1)
Donde F es una fuerza constante y s es el desplazamiento del objeto.
En la naturaleza no solo se encontraran fuerzas constantes, para ello debemos calcular el trabajo para una fuerza variable mediante:
𝑊 = ∫ (𝑠)	(2)
Si esa fuerza variable está dada por un resorte, el valor de la fuerza se define como 𝐹 =
𝑘𝑥. Entonces el valor de trabajo del resorte usando la ecuación (2) es:
1
𝑊 = 2 𝑘𝑥2
(3)
La Energía Potencial gravitatoria es la energía asociada a la posición del objeto con respecto a un sistema de referencia. Lo dicho sugiere que hay energía potencial asociada al peso de un cuerpo y a su altura sobre el suelo.
𝑈 = 𝑚𝑔ℎ	(4)
El teorema de conservación Trabajo – Energía potencial relaciona el trabajo con la energía potencial.
𝑊 = −∆𝑈 = 𝑈1 − 𝑈2	(5)
II. Objetivos
Objetivos Generales:
· Reforzar los conocimientos adquiridos en clase sobre Trabajo y Energía.
· Comprender los conceptos Trabajo y Energía.
· Comprender la diferencia entre energía cinética, potencial y elástica.
Objetivos Específicos
· Determine el trabajo hecho sobre un objeto usando una gráfica de fuerza vs posición.
· Calcular la constante del resorte usando el concepto de Trabajo.
· Comparar el trabajo hecho sobre un objeto con el Labquest2 y el cálculo obtenido.
III. Materiales y Equipos
· 01 Labquest2
· 01 Sensor de movimiento
· 01 Sensor de fuerza
· 01 Riel del sistema dinámico
· 02 Masas de 200 g y 500 g
· 01 Resorte
· 04 Balanzas digitales (± 0.01 𝑔 y ± 0.1 𝑔 )
IV. Procedimiento
Parte a. Trabajo para una fuerza constante
1. En esta parte usted medirá el trabajo necesario para levantar un objeto en línea recta a velocidad constante. El trabajo se puede calcular usando el desplazamiento y la fuerza promedio, y también encontrando el área bajo la curva en la gráfica fuerza vs posición.
2. Arme el esquema que se muestra en la figura 17, conecte el sensor de movimiento al Labquest2. Configure la escala a 10 N.
3. Cuelgue una masa de 200 g del sensor de fuerza.
4. Eleve el sensor de fuerza y la masa aprox. a 0.5 m sobre el sensor de movimiento. Presione play para comenzar la colección de datos.
5. Examine la gráfica posición vs tiempo y fuerza vs tiempo. Identifique cuando el peso comenzó a moverse hacia arriba a una velocidad constante, así como, cuando el peso paro de moverse hacia arriba. Determine la fuerza promedio ejercida mientras que usted levantaba la masa. Haga esto seleccionando la porción de la gráfica fuerza vs tiempo que corresponde al tiempo que usted levantaba, presione en la pestaña analizar/estadísticas, para calcular la fuerza media. Registre en la tabla 2.
6. 
7. En la gráfica fuerza vs posición seleccione la región que corresponde al movimiento ascendente del peso. Presione en la pestaña Analizar/Integración para determinar el área bajo curva. Registre en la tabla 2.
Figura 17. Esquema de la fuerza constante
Parte b. Trabajo para una fuerza variable
En la parte b usted medirá el trabajo necesario para estirar un resorte. A diferencia de la fuerza que se necesitó para levantar una masa, la fuerza hecha en estirar un resorte no es una constante. El trabajo aún se calcula usando el área bajo la gráfica de fuerza vs posición.
1. Arme el esquema que se muestra en la figura 18, conecte el sensor de movimiento al Labquest2. Configure la escala a 10 N.
2. El experimento empieza con el resorte en un estado de equilibrio. Sostenga el extremo del sensor de Fuerza que es el más cercano al sensor de movimiento, este medirá la distancia del sensor de Fuerza a su mano.
3. Presione play para comenzar la colección de datos. Dentro de los límites del resorte, mueva el sensor de la fuerza y estire lentamente el resorte aprox. de 20 a
25 cm durante varios segundos. Todavía sostenga el sensor hasta que la colección de datos se detenga.
4. Examine las gráficas de posición vs tiempo y fuerza vs tiempo. Identifique el tiempo en que comenzó a jalar en el resorte. Registre este tiempo de salida, el tiempo en que paró de jalar el resorte. y colóquelo en la tabla 3. Presione en la pestaña Analizar/Ajuste de Curva y seleccione el gráfico fuerza vs posición, para determinar la pendiente que es la constante elástica del resorte, K escriba los valores en la tabla 4.
Figura 18. Esquema de la Fuerza variable
V. Datos
Parte a.
Tabla 1:
	
	Tiempo (s)
	Posición (m)
	Comienzo del movimiento
	 2.48
	-0.001
	Fin del movimiento
	4.40
	0.149
Tabla 2:
	Fuerza promedio (N)
	 -0.028
	Trabajo hecho (J)
	-0.0042
	Integral (J)
	-0.004590
Parte b.
Tabla 3:
	
	Tiempo (s)
	Posición (m)
	Comienzo del movimiento
	1.16
	0.007
	Fin del movimiento
	5.00
	-0.255
Tabla 4:
	Trabajo hecho (J)
	-2.423762
	Integral
	-0.8445
	Constante del Resorte (K)
	-42.05
VI. Procesamiento de datos
Parte a.
· Obtenido La Fuerza Promedio	y la distancia 𝑠 trasladada con el Labquest2 encontrar el trabajo realizado con la fórmula:
𝑊 = 𝐹𝑝𝑟𝑜𝑚𝑠	(6)
Parte b.
· Una vez obtenido el valor del trabajo mediante la integral usando la ecuación de trabajo para un resorte obtenemos el valor de la constante k dado por la siguiente ecuación:
· 
𝑘 = 2𝑊
𝑥2
(7)
VII. Análisis y Discusión de Resultados
Parte a.
· Determine el error porcentual del trabajo obtenido mediante la ecuación (6) y la integral obtenida por el Labquest2.
· ¿Qué diferencias hay entre fuerzas conservativas y no conservativas?
Que las fuerzas conservativas no realizan trabajo y las no conservativas si realizan trabajo.
· ¿Sólo las fuerzas conservativas realizan trabajo? ¿si? ¿no? ¿Por qué?
No, porque no se conserva la energía 
· ¿Cuál es el motivo que exista error con el valor obtenido teóricamente y el valor obtenido con el Labquest2?
Parte b.
· Compare el resultado de la constante k del resorte con el valor que teórico dado por el docente.
· ¿Qué tipo de fuerzas son: las fuerzas de rozamiento, las fuerzas centrales y las fuerzas constantes?
· ¿puede realizar trabajo la fuerza de rozamiento estático que actúa sobre un cuerpo? 
a y calor.
	
INTEGRAL DE LA FUERZA ELASTICA