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Laboratorio de Materiales
Grupo 2C2
Año 2014
Angie Johana Garzon
Lina Velasquez
Maria Pineda
Daniel Lozano
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Universidad
Santo Tomas
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Resumen
Es de
suma importancia en la física comprender y aplicar correctamente el tema de la
conservación de la energía mecánica, ya que, se aplica en todos los procesos
que estudia la física.
En
esta investigación se presenta de manera detallada los resultados del
experimento sobre conservación de la energía realizada en la práctica
de laboratorio.
El
experimento realizado nos muestra de manera práctica la forma mediante la cual podemos encontrar la velocidad final de un cuerpo el cual es sometido a una colisión Ío choque, través de las ecuaciones de conservación de la energía.
Se
presenta también un marco teórico que explica muy claramente los conceptos
fundamentales que necesitamos comprender el
experimento. De la misma manera se muestran esquemas que ilustran y facilitan
la comprensión de cada una de las explicaciones que se ofrecen.
Palabras
claves: Colisiones,
Conservación energía, Tiempo, masas.
Abstract
It
is critical to understand the physical and correctly apply the theme of
conservation of mechanical energy, and that applies to all processes studied
physics.
This
research presents in detail the results of the experiment on energy
conservation in the lab.
The
experiment shows how practical way by which we can find the final velocity of a
body which is subjected to a collision Io shock through the equations of
conservation of energy.
A
theoretical framework that explains very clearly the fundamental concepts we
need to understand the experiment is also presented. Similarly schemes that
illustrate and facilitate the understanding of each of the explanations offered
is.
Keywords :
Collision, energy conservation, Time,
Mass
Introducción
Un
choque o colisión es un proceso en el que dos cuerpos interaccionan en un
intervalo de tiempo muy corto.
En esta práctica, analizamos la colisión de un
sistema compuesto por un riel sin fricción
y un sistema con sensores de movimiento demostrar el comportamiento del momento
lineal y de la energía cinética a lo largo de una colisión entre dos objetos.
El sistema que registra los datos se configura para que registre el movimiento
de los carros, un carro (numero 1) es ubicado en medio de los dos sensores y el
segundo carro al lado derecho de tal modo que se da un impulso inicial a este
hasta chocar el carro número uno y así pasar por el segundo sensor dándonos a
conocer diferentes datos que son analizados posteriormente.
También contamos con esferas de diferente
masa teniendo en cuenta que el blanco se
encuentre en reposo antes del choque y que ambas esferas choquen a la misma
altura. Para suministrar siempre la misma velocidad al proyectil, este se deja
rodar por una rampa, siempre desde la misma altura medimos las distancias recorridas por las esferas al
caer en tiro parabólico justo después del impacto La distancia recorrida por cada esfera
depende de la velocidad resultante luego del choque lo que hace que estas dos
variables estén estrechamente relacionadas.
Objetivo general:
Determinar
el grado de conservación de la energía a partir de una colisión controlada de
dos masas diferentes.
Objetivos Específicos:
-Implementar los conocimientos de medición
en la toma de tiempos en las diferentes repeticiones del choque.
-Elaborar los cambios
de montaje en cada repetición del procedimiento.
-Indagar acerca del tipo de energía que se
presenta en el sistema antes y después de la colisión.
-Completar los
datos tomados en la práctica en una tabla, y posteriormente realizar sus
respectivos análisis.
-Implementar los conocimientos de medición
en la toma de tiempos y longitudes
-Calibrar y mazar correctamente cada una de las masas para
obtener una correcta toma de los datos
-Analizar sobre la perdida de energía al
momento de las colisiones
-Completar los
datos tomados en la práctica en una tabla, y posteriormente realizar sus
respectivas gráficas.
Aplicación cotidiana
En un simple juego de billar, sin importar que tan complicado sea el
desplazamiento de las esferas y sus partes, en un juego de bolos donde las bolas chocan con los pinos, al golpear
con
un martillo una puntilla, la propulsión de
cohetes que se mueven en el espacio. En esta práctica
se mostrara como se colisiones sea el
desplazamiento de las esferas y sus colisiones, la cantidad de movimiento se
conserva. Cuando las bolas además de desplazarse rotan su cantidad de movimiento
también se conserva aunque el análisis es más complicado. La conservación de la cantidad de movimiento se
encuentra en todas, conserva la cantidad de movimiento durante una colisión
frontal y una
clasificación de tales colisiones.
Marco Teórico (I)
En un choque siempre se cumple el
principio de conservación de la energía y la ley de conservación de la cantidad
de movimiento. En el caso de choques elásticos, la energía cinética previa al
choque se mantiene como tal después de él. Los choques elásticos son una
idealización, en la realidad sólo se producen choques parcialmente elásticos:
una parte de la energía se pierde en forma de calor o deformación y otra parte
se mantiene como energía cinética (Escrito por Jerry D. Wilson,
2003) .
La ley de conservación de la energía
establece quela energía de cualquier sistema que no interaccione con agentes
externos a él es invariable con el tiempo aunque se transforme en otras formas
de energía. Es decir, la energía no se crea ni se destruye, sino que se
transforma y perdura.
Según la ley de conservación de la
cantidad de movimiento, en un sistema en el que no actúa ninguna fuerza, el
momento lineal se conserva (Bueche, 1988) .
En el caso de un sistema con varios
componentes, el principio se enuncia matemáticamente de la siguiente manera:
1)
Este principio garantiza que la suma de
los momentos lineales de cada una de las
Partículas
Debe permanecer constante, es decir, si
alguna de ellas disminuye momento, otra debe aumentarlo para no violar este
principio que las observaciones experimentales siempre han confirmado.
En cuanto al caso concreto de un choque,
el momento p antes del choque de ambos cuerpos
(1 y 2) debe ser equivalente al momento p'
después del choque de los mismos
2)
Para caracterizar la elasticidad de un
choque se define el coeficiente de restitución como (Santiago
Burbano de Ercilla) :
3)
Si el choque es completamente elástico, e
vale 1, mientras que es igual cero para choques inelásticos, donde p sí se
conserva pero se disipa energía en forma de calor y deformación.
Un choque es "perfectamente
inelástico" cuando disipa toda la energía cinética disponible, ya que con
el aumento de su energía interna por el trabajo realizado por una deformación,
se obtiene la energía cinética de los mismos antes del choque, cuando el
coeficiente de restitución es igual a cero, los cuerpos permaneces unidos
después de choque y se mantienen a una misma velocidad.
La energía cinética corresponde a la que
poseen los cuerpos respecto al centro de masa y su sistema de referencia, antes
de la colisión, la mayor parte de esta energía corresponde al objeto de menor
masa. Después de la colisión, los objetos permanecen en reposo respecto al centro
de masas del sistema de partículas.
En cualquier caso, aunque no se conserve
la energía cinética, sí se conserva el momento lineal total del sistema (Giancoli C.
D., Mexico) .
Materiales:
1. Riel:
Elemento usado para realizar el montaje de colisiones entre los 2 carros,
contaba con una cinta métrica para comparar la distancia de foto celda a foto
celda.
2. Carro 1: Elemento usado durante la práctica como el que recibe el impacto
por parte del carro 2.
3. Carro 2: Elemento impulsado por una fuerza especifica con el fin de
ocasionar una colisión con el carro 1.
4. Foto celda 1: Instrumento de medición que nos brinda tiempo, velocidad y
energía del croque al sentir que el carro 2 pasa antes del choque.
5. Foto celda 2: Instrumento de medición que nos brinda tiempo, velocidad y
energía del croque al sentir que los carros pasan después del choque.
6. Soporte: Instrumento utilizado para dar sostén a las fotos celdas, a una
altura indicada para obtener una correcta lectura de los carros.
7. Digitalizador de tiempo: Este mide el tiempo que demora el carrito
al pasar por las fotos celdas desde la distancia dada.
8. Mecanismo de impulso: Instrumento utilizado para dar impulso al carro 2 con el
fin de ocasionar un choque entre los carros.
Metodología:
A partir de los materiales anteriormente descritos se realiza el montaje
experimental las foto celdas en el soporte de tal manera que pueda medir el
paso de las masas en los carros que chocan.
Se masa cada uno de los carros y la masa que va a llevar a la colisión,
paso seguido se ensamblan los carros a la rampa horizontal con el fin de
empezar la prueba experimental brindándole al carro que impacta un pequeño
impulso que representara la velocidad de colisión en el.
Se toman datos tanto elásticos como inelásticos con el fin de sustentar
los datos obtenidos matemáticamente en el informe, alrededor de 20 datos por
colisión y con ello se puede tener una apreciación más segura y general de los
datos.
PRACTICA EXPERIMENTAL
1. se
determinó la masa de cada deslizador por medio de la balanza de 3 brazos.
2. Después
se midió la longitud de la tarjeta que esta sostenida por el deslizador.
3. Se
ajustó el sistema de inames para que la colisión fuera completamente
inelástica.
Figura 1. En esta foto se muestra el ajuste de los
deslizadores para la adecuada colisión.
Figura 2. Esta se notan los foto sensores, los
deslizadores y el riel de aire, todos utilizados en la práctica.
Figura 3. En esta imagen se muestra una colisión inelástica.
4. Ubique los deslizadores sobre el
carril de aire, uno en reposo entre los sensores y el otro deslizador en
un extremo del
carril junto al disparador de caucho.
5. Al ser disparado el deslizador
atraviesa el sensor
número uno, el
sistema CASSY
lab registrara el tiempo de que tarda en pasar
la
tarjeta.
6. Los deslizadores colisionan entre los sensores y se desplazan hacia el
sensor numero dos
que
registrara el tiempo que tarda en pasar cada una de las tarjetas después de la colisión.
7. Con el registro de los tiempos calcule las velocidades
antes y después de la colisión.
8. Cambie la configuración
de los imanes usando la arandela, de manera
que
después
de
la colisión los deslizadores no queden unidos como en la figura
3.
9.Con los valores de las velocidades determine las cantidades de movimiento totales antes y después de la colisión.
10. Calcule el
cambio de la energía mecánica del sistema en cada colisión.
Figura
4. Esta es una colisión elástica.
Análisis
y Resultados:
A partir del montaje experimental anteriormente enunciado, se pueden
inferir los datos de la práctica experimental, en donde es de resaltar el
comportamiento de los datos para su óptimo análisis.
Se muestran los datos obtenidos a partir de la práctica experimental de
colisiones; en donde se tiene en cuenta las masas además se toma el tiempo y se
mide la longitud estos
datos están expresados aquí:
"hacen falta calculos, conclusiones y bibliografia" profe tenemos dudas con eso
