Informe de Laboratorio Teorema del Trabajo y la Energa Cintica Acosta GuillermoCdigo: 200028283 Correo: jgacosta@uninorte.edu.co

Dahmen AndrsCdigo: 200028267 Correo: adahmen@uninorte.edu.co

Jaraba LavidCdigo: 200029399 Correo: lavidj@uninorte.edu.co

Pugliese VictorCdigo: 200028158 Correo: vpugliese@uninorte.edu.co

Resumen Abstract Introduccin Si una fuerza externa est actuando sobre un cuerpo produciendo un cambio en su energa cintica, esta variacin representa el trabajo neto que acta sobre el cuerpo. As se define el teorema del trabajo y la energa cintica, dos conceptos indispensables en el estudio de la fsica mecnica. El desarrollo de esta teora se empez a gestar en el siglo XIX por el matemtico francs Gaspard-Gustave Coriolis. La clebre ecuacin es expresada a continuacin:

Ecuacin {1}

Materiales Superficie de desplazamiento (Pista recta en la cual se desplaza nuestras partculas dotadas con masa). Carro experimental (es la partcula sobre la cual acta la fuerza) Sensor de fuerza, el cual toma los datos del experimento para que sean analizados en DATASTUDIO.) Sensor de Posicin (Mide dinmicamente la distancia a la que se encuentra de la partcula) Masa colgante (est unida por medio de una cuerda y una polea al carro experimental; cuelga a un lado de la mesa) Mdulo de conexin de sensores (Es el puente entre los impulsos y datos recolectados por los sensores y el computador donde registraremos, analizaremos y manipularemos estos datos) PC Software (DataStudio. Programa para la visualizacin y anlisis de datos experimentales)

Mtodo Posicionamos el carro experimental en la superficie de desplazamiento e instalamos sobre este el sensor de fuerza. ste a su vez esta conectado a la masa colgante por medio de la cuerda. Sobre la masa colgante acta la gravedad que produce tensin a lo largo de la cuerda que acta sobre el carro experimental. Mientras el carro experimental cambiaba su posicin y su velocidad en la superficie de desplazamiento, ste cambio era registrado por el sensor de movimiento, ubicado en el extremo opuesto de donde colgaba la masa y se diriga el carro. Con la ayuda de los sensores los datos obtenidos fueron: la fuerza neta que actuaba sobre el carro, la velocidad y posicin del carro. Se realiz una grfica de fuerza vs. distancia y una segunda de velocidad vs. tiempo. Con la ayuda del software DataStudio se calcul el rea bajo la curva de la primera grfica. Esta rea representa el trabajo neto realizado. La segunda grfica nos proporcion la velocidad inicial y la velocidad del carro. Datos Figura 1. Grfica Fuerza vs. Distancia Grfica Velocidad vs. Tiempo

Masa del objeto colgante: 35gr. = 0.035 kg. Masa del carro experimental: 0.828 kg

w = 0.343N

Anlisisy

Grfica Fuerza vs. Distancia El rea bajo la curva es igual al trabajo neto.

y

Grfica Velocidad vs. Tiempo Los valores mximo y mnimo representan la velocidad final e inicial, respectivamente. Clculos

Segn el Teorema del Trabajo y la energa:

La igualdad resulta en lo siguiente:

El lector puede darse cuenta que la igualdad no se cumple. Analicemos entonces las incertidumbres en nuestras medidas.y

El sensor de fuerza tiene una precisin o tolerancia de 0.03N*. Como la fuerza constante que realiza el mismo trabajo que la fuerza captada por el sensor es igual a 0.32N. Vemos que el porcentaje de error (formula):

Es decir el margen de incertidumbre es de 9.3%. El margen de error del sensor de fuerza en el experimento es casi del 10%.y

El sensor de movimiento tiene una precisin de 1mm*. En el experimente la distancia recorrido fue de 45cm (450mm). El porcentaje de error en la lectura de este sensor es apenas del 0.2%. Este margen de error es despreciable.

*

Tomado del Sitio Web de PASCO

Resultados Observamos la relacin existente entre el trabajo que realiza una fuerza con el cambio de energa cintica de un cuerpo sobre el cual acta dicha fuerza. En nuestro montaje de Laboratorio actuaban fuerzas que distorsionaron los resultados (fuerzas no conservativas). Adems nuestros instrumentos de medicin no fueron lo suficientemente precisos para llevar el porcentaje de incertidumbre en nuestras medidas a un nivel aceptable para sacar conclusiones slidas. Tenemos dos resultados de trabajo total realizado: uno adquirido a travs del sensor de fuerza y otro adquirido a travs del sensor de movimiento y clculos de la tasa de cambio de la posicin. La variacin entre ambos resultados radica en el rango de error de nuestros sensores. Como la magnitud de las fuerzas estudiadas en la prctica de laboratorio fue relativamente pequea, y el rango de error de los instrumentos es fijo, el nivel de incertidumbre adquiere un porcentaje mayor. Adems el sensor de fuerza registraba la fuerza neta que actuaba sobre el carro experimental. Incluyendo la fuerza no conservativa de friccin que mermaba el movimiento del carro experimental. Por esta razn el trabajo registrado por este sensor (de fuerza) es mayor al registrado por el sensor de movimiento y calculado con los datos obtenidos. Bibliografa Especificaciones y Funciones del Sensor de Fuerza PASCO. Recuperado el da 9 de Octubre, 2009. PASCO Website: http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm?&DID=9&Product_ID=1506&page=Fe atures Especificaciones y Funciones del Sensor de Movimiento PASCO. Recuperado el da 9 de Octubre, 2009. PASCO Website: http://store.pasco.com/pascostore/showdetl.cfm?&DID=9&PartNumber=PS2103A&groupID=192&page=Features