Práctica #8 - Practicas PDF

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Universidad de Nuevo FIME Facultad de y Laboratorio de I 8 de la Semestre AGOSTO DICIEMRE 2017 Instructor: M. Emmanuel Brigada: 418 Matricula 1799371 1806994 1200257 1753717 Nombre Valeria Elizabeth Arizpe Garza Angelica Janeth Vargas Urbano Jimenez Cortes Isai Alejandro de la Rosa Rangel 02 de Novi...

Description

Universidad Autónoma de Nuevo León FIME – Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Laboratorio de Física I

Práctica # 8 Conservación de la Energía

Semestre AGOSTO – DICIEMRE 2017

Instructor: M.A. Emmanuel Meléndez

Brigada: 418

Matricula 1799371 1806994 1200257 1753717

Nombre Valeria Elizabeth Arizpe Garza Angelica Janeth Vargas Pérez Adrián Urbano Jimenez Cortes Isai Alejandro de la Rosa Rangel

02 de Noviembre del 2017

Programa Educativo IAS IAS IMA IAS

Práctica # 8: Conservación de la Energía Marco Teórico La energía mecánica de un cuerpo es la capacidad que tiene de realizar un trabajo mecánico, es decir, de producir un movimiento. El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación. Comprobación del Principio de Conservación de la Energía Mecánica: -El teorema de la energía cinética establece que la variación de energía cinética ∆Ec entre dos puntos (la cual se traduce en una variación de su velocidad) que sufre un cuerpo es igual al trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo entre los puntos inicial y final. Esto se cumple tanto si las fuerzas son conservativas como si no. W=ΔEc -Por otro lado, en el caso de fuerzas conservativas, dicho trabajo coincide con la variación de energía potencial cambiada de signo. W=−ΔEp -De lo anterior, y teniendo en cuenta que en ambos casos nos referimos al mismo trabajo, podemos escribir: ΔEc=−ΔEp⇒ΔEc+ΔEp=0 ⇒Δ(Ec+Ep)=0 ; ΔEm=0 -Por tanto, la energía mecánica no cambia, permanece constante

Principio de Conservación de la Energía con Fuerzas no Conservativas: En el caso general de que en nuestro sistema aparezcan fuerzas no conservativas, la energía mecánica no se conserva. Existen dos contribuciones para el trabajo total Wt: -Trabajo de fuerzas conservativas Wc -Trabajo de fuerzas no conservativas Wnc

Por tanto: Wt=Wc+Wnc Si sobre un cuerpo actúan fuerzas conservativas y no conservativas, la variación de energía mecánica coincide con el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas Wnc=ΔEm

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, solo puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor. En mecánica analítica, puede demostrarse que el principio de conservación de la energía es una consecuencia de que la dinámica de evolución de los sistemas está regida por las mismas características en cada instante del tiempo. Eso conduce a que la "traslación" temporal sea una simetría que deja invariante las ecuaciones de evolución del sistema, por lo que el teorema de Noether lleva a que existe una magnitud conservada, la energía. Aunque la energía no se pierde, se degrada de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica. En un proceso irreversible, la entropía de un sistema aislado aumenta y no es posible devolverlo al estado termodinámico físico anterior. Así un sistema físico aislado puede cambiar su estado a otro con la misma energía, pero con dicha energía en una forma menos aprovechable. Por ejemplo, un movimiento con fricción es un proceso irreversible por el cual se convierte energía mecánica en energía térmica. Esa energía térmica no puede convertirse en su totalidad en energía mecánica de nuevo ya que, como el proceso opuesto no es espontáneo, es necesario aportar energía extra para que se produzca en el sentido contrario. Desde un punto de vista cotidiano, las máquinas y los procesos desarrollados por el hombre funcionan con un rendimiento menor al 100%, lo que se traduce en pérdidas de energía y por lo tanto también de recursos económicos o materiales. Como se decía anteriormente, esto no debe interpretarse como un incumplimiento del principio enunciado sino como una transformación "irremediable" de la energía.

Hipótesis -La aceleración va a permanecer igual en todos los casos ya que entre más distancia recorre el auto más tiempo lleva ya que la masa del carro y del contra peso es igual en los 4 casos. -La eficiencia del sistema debe de ser del 100% -La velocidad final depende de la aceleración y la distancia, así que va a ir aumentando en cada caso porque la distancia va aumentando. -La eficiencia de cada caso va a ser parecida ya que se usó la misma masa para todos y la distancia no variaba tanto.

Desarrollo

Caso 1 Masa del carro 220.4 g

a=

2x t2

Masa del contra peso 8.74 g

a=

⇾

Vf =√ 2 ax

⇾

(m)(Vf 2 ) Ec= 2

2(30 cm) (0.90 s)2

Ec Ep

⇾

⇾

a=74.07 cm/s

Vf =√ 2(74.07 cm/s 2)(30 cm)

Distancia

Tiempo

30 cm

0.90 s

2

⇾

Vf =66.66 cm / s

2

⇾

⇾ Ep= ( m) ( a ) (x ) Ep=509,171.99 J

%E=

Velocidad inicial 0

(229.14 g)(66.66 cm/s) Ec= 2

⇾

Ep=(229.14 g)(74.07 cm /s 2)(30 cm )

%E=

509,098.16 J x 100 509,171.99 J

⇾

Ec =509,098.16 J

⇾

%E=99.98 %

Caso 2 Masa del carro 220.4 g

a=

2x t2

Masa del contra peso 8.74 g

a=

⇾

Vf =√ 2 ax

⇾

2(40 cm) (1.24 s)2

(m)(Vf ) 2

Ec Ep

⇾

a=52.02cm / s

Distancia

Tiempo

40 cm

1.24 s

2

⇾

Vf =64.51 cm / s

2

⇾

Ep= ( m) ( a ) (x ) ⇾ Ep=476,794.51 J

%E=

⇾

2 Vf =√ 2(52.02 cm/s )(40 cm)

2

Ec=

Velocidad inicial 0

Ec=

(229.14 g)(64.51 cm/s) 2

⇾

Ep=(229.14 g)(52.02 cm/ s2 )(40 cm )

%E=

476,787.64 J x 100 476,794.51 J

⇾

Ec =476,787.64 J

⇾

%E=99.99 %

Caso 3 Masa del carro 220.4 g

a=

2x t2

⇾

Masa del contra peso 8.74 g

a=

2(45 cm) (1.34 s)2

Velocidad inicial 0

⇾

a=50.12cm/ s

2

Distancia

Tiempo

45 cm

1.34 s

Vf =√ 2 ax

Ec=

⇾

Vf =√ 2(50.12 cm/s 2)(45 cm)

⇾

⇾ Ep= ( m) ( a ) (x ) Ep=516,802.35 J

Ec Ep

Vf =67.16 cm / s

2

(m)(Vf 2 ) 2

%E=

⇾

⇾

Ec=

(229.14 g)(67.16 cm/s) 2

Ec =516,764.04 J

⇾

Ep=(229.14 g)(50.12 cm/ s2 )(45 cm )

%E=

516,764.04 J x 100 516,802.35 J

⇾

⇾

%E=100 %

Caso 4 Masa del carro 220.4 g

a=

2x 2 t

Masa del contra peso 8.74 g

a=

⇾

Vf =√ 2 ax

⇾

2(70 cm) 2 (1.85 s)

(m)(Vf ) 2

Ec Ep

⇾

a=40.9 cm/s

Distancia

Tiempo

70 cm

1.85 s

2

⇾

Vf =75.67 cm / s

2

⇾

Ep= ( m) ( a ) (x ) ⇾ Ep=656,027.82 J

%E=

⇾

Vf =√ 2(40.9 cm / s2 )(70 cm)

2

Ec=

Velocidad inicial 0

Ec=

(229.14 g)(75.67 cm/s) 2

2

⇾

Ep=(229.14 g)(40.9 cm /s )(70 cm)

%E=

656,021.96 J x 100 656,027.82 J

⇾

Ec =656,021.96 J

⇾

%E=99.99 %

Análisis de los resultados

Caso 1 Masa del carro Masa del contrapeso Velocidad inicial Distancia Tiempo Aceleración Velocidad final Energía cinética Energía potencial Eficiencia del sistema

220.4 g 8.74 g 0 30 cm 0.90 s 74.07 cm/s2 66.66 cm/s 509,098.16 J 509,171.99 J 99.98 %

Caso 2 Masa del carro Masa del contrapeso Velocidad inicial Distancia Tiempo Aceleración Velocidad final Energía cinética Energía potencial Eficiencia del sistema Caso 3

220.4 g 8.74 g 0 40 cm 1.24 s 52.02 cm/s2 64.51 cm/s 476,787.64 J 476,794.51 J 99.99 %

Masa del carro Masa del contrapeso Velocidad inicial Distancia Tiempo Aceleración Velocidad final Energía cinética Energía potencial Eficiencia del sistema

220.4 g 8.74 g 0 45 cm 1.34 s 50.12 cm/s2 67.16 cm/s 516,764.04 J 516,802.35 J 100 %

Caso 4 Masa del carro Masa del contrapeso Velocidad inicial Distancia Tiempo Aceleración Velocidad final Energía cinética Energía potencial Eficiencia del sistema

220.4 g 8.74 g 0 70 cm 1.85 s 40.9 cm/s2 75.67 cm/s 656,021.96 J 656,027.82 J 99.99 %

Tiempo 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Preguntas 1.- Concluya acerca de la eficiencia del sistema que utilizó ¿Es alta o baja? ¿Se cumplió la hipótesis planteada? Es alta ya que es del 100 % o 99% en los 4 casos, si se cumplió la hipótesis de que los casos iban a tener casi la misma eficiencia, sin embargo, no se cumplió la hipótesis de que la aceleración iba a ir aumentando en cada caso.

2.- ¿Recomendaría usted ese sistema para su uso industrial? No sé sabe del todo ya que no tenemos tanta experiencia. Pero se cree que si ya que nos da un dato muy importante que es el da la eficiencia del sistema, es decir, la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento entre la energía asociada a la localización de un cuerpo. Y el sistema que se utilizó para sacar los datos de la distancia y el tiempo, es de mucha ayuda ya que te da el tiempo exacto y el sistema tiene aire para que el carrito se pueda mover. 3.- ¿Qué sugerencias puede proponer para lograrlo? En nuestra opinión, no hay nada para mejorar el sistema ya que para nosotros de mucha ayuda. 4.- La energía gastada en las pérdidas, ¿en qué tipos de energía se transforma? Se concluyó que es la misma ya que es un sistema cerrado, por lo cual se conserva.

Conclusiones Valeria: En esta práctica aprendí a hacer cálculos de este tema a través de varias fórmulas que nos enseñaron sobre las energías y la eficiencia de un sistema. El tema que vimos en esta práctica es el de conservación de la energía, este tema tiene un poco que ver, como dice en el tema con las energías y como se transforman después de un movimiento, ya que “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”. También se pudo observar la eficiencia del sistema a partir de una fórmula que nos aportaron, la cual es la energía cinética entre la energía potencial. Angélica: En física, el término conservación se refiere a algo que no cambia. Esto significa que la variable en una ecuación que representa una cantidad conservativa es constante en el tiempo. Tiene el mismo valor antes y después de

un evento. En física hay muchas cantidades conservadas. A menudo son muy útiles para hacer predicciones en las que de otra manera serían situaciones muy complicadas. La conservación de la energía es válida únicamente para sistemas cerrados. Isai: Cuando la energía se conserva, podemos establecer ecuaciones que igualen la suma de las diferentes formas de energía en un sistema. Entonces, tal vez seamos capaces de resolver las ecuaciones para la velocidad, la distancia o algún otro parámetro del que dependa la energía. Si no sabemos lo suficiente de las variables para encontrar una solución única, entonces puede sernos útil graficar variables relacionadas para ver dónde pueden estar las soluciones.

Adrian:

Bibliografía http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/conservacion.htm. (2017). Recuperado el 01 de Noviembre de 2017 https://es.khanacademy.org/science/physics/work-and-energy/work-and-energy-tutorial/a/whatis-conservation-of-energy. (2017). Recuperado el 01 de Noviembre de 2017 https://www.fisicalab.com/apartado/energia-mecanica. (2016). Recuperado el 01 de Noviembre de 2017...