Informe 8 - Choques y conservacion de energia

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FISICA MECANICA




Ingeniería Ambiental
Universidad Distrital "Francisco José de Caldas"
Profesor Hector Escucha
INFORME DE LABORATORIO CHOQUES Y CONSERVACION DE ENERGIA
ESTUDIANTE: LAURA ALEJANDRA CAICEDO FERNANDEZ
CODIGO: 20152180005
ESTUDIANTE: ANDERSON FABIAN GAONA CANO
CODIGO: 20152180011
ESTUDIANTE: CAMILO FREYLE VARGAS
CODIGO: 20152180958
ESTUDIANTE: DANIELA DELGANDO SANCHES
CODIGO: 20152180020


Resumen

En el siguiente informe se estudiara el tema del principio de la conservación de la energía mecánica utilizamos un movimiento uniformemente acelerado como lo es la caída libre, en el cual se puede mostrar como son las interacciones entre la energía cinética Ec y la energía potencial Ep, con relación a una altura arbitraria, y así poder demostrar la veracidad de este principio en dicho movimiento. A su vez se hallara las velocidades iniciales y finales, conociendo de forma experimental el ángulo y la distancia que se han movido en un determinado tiempo.

Palabras clave: Conservación, Momentum, Energía, Colisión

Abstract

In the following report we will study the subject of the principle of the conservation of mechanical energy we use a uniformly accelerated movement such as free fall, in which we can show how are the interactions between the kinetic energy Ec and the potential energy Ep, In relation to an arbitrary height, and thus to be able to demonstrate the truthfulness of this principle in that movement. In turn the initial and final velocities will be found, experimentally knowing the angle and the distance that have moved in a certain time.

Keywords: Conservation, Momentum, Energy, Collision,


Introducción

Aunque la conservación de la energía es una de las leyes más importantes en la física, no es un principio que se verifique fácilmente.Si, por ejemplo, un objeto está rodando colina abajo, la energía potencial gravitacional se está convirtiendo, constantemente, en energía cinética (lineal y rotacional) y en energía calorífica, debido a la fricción entre el objeto y la superficie de la colina. También pierde
energía en su constante choque con los objetos que se encuentran en su camino, impartiéndoles cierta porción de su energía cinética. La medida de todos estos cambios no es sencilla. Este tipo de dificultades se presentan en todos los problemas de la física, de modo que es necesario establecer situaciones simplificadas en las que sea posible concentrarse en un aspecto particular del problema.

Cuando dos partículas se aproximan una a otra, su interacción mutua altera sus movimientos, produciendo un intercambio de momentum y de energía. Se dice que ha habido una colisión o choque.
Si solo las fuerzas de acción y reacción entran en juego en una colisión tanto el momentum como la energía se conservan. Sea p1 y p2 los momentum de las partículas antes de la colisión y p'1 y p'2, los momentum después de la colisión. La conservación del Momentum requiere que:





Si se ignora cualquier posible movimiento de rotación, la energía cinética de las partículas antes y después de la colisión está dada por:








La cantidad de movimiento o Momentum se conserva en un choque, pero no sucede así con al energía cinética, pues parte de esta puede disiparse como calor si las fuerzas que actúan durante la colisión no son conservativas. Si se supone que en la colisión se conservan la energía cinética y el Momentum; se dice que se trata de una colisión perfectamente elástica. Entonces, de la conservación del momentum se requiere:





y si se conserva la energía cinética:





Ordenando (1) y (2) pasando a un mismo lado todas las cantidades que contengan a m1, y al otro las que contengan a m2. Entonces,







Una colisión perfectamente elástica preserva la magnitud de la velocidad relativa del cuerpo dos con respecto al cuerpo 1, pero cambia su signo. En el caso opuesto, una colisión en la que se disipa una cantidad máxima de energía cinética. Por ejemplo entre dos bolas de masilla o de otra sustancia deformable y adhesiva. En este caso los dos objetos quedan unidos y se mueven juntos después del choque, con la misma velocidad. A este efecto se le puede llamar colisión completamente inelástica. Entonces en una colisión de este tipo:




Y la cantidad de movimiento también se conserva.
Las colisiones no suelen ser perfectamente elásticas ni perfectamente inelásticas, sino se clasifican en algún punto entre estos extremos.
Por lo general, los cuerpos que chocan no quedan unidos y, por otra parte, se pierde cierta cantidad de energía cinética durante el proceso. A menudo es posible caracterizar la disipación de la energía de una colisión especificando un número e, llamado coeficiente de restitución que se define como la razón de las velocidades relativas después de la colisión y antes de ella. Así:


Es evidente que e = 1 para un choque perfectamente elástico y, para una colisión perfectamente inelástica e = 0. Entonces, 0 e 1. El valor del coeficiente de restitución depende de los materiales de que estén hechos los cuerpos que chocan, y no es fácil calcularlo, sino que se determina experimentalmente para cada par de sustancias de los cuerpos que chocan y es independiente de las velocidades iniciales y finales en un intervalo amplio de valores. Si se conocen las masas m1, m2, las velocidades iniciales v1 y v2, y el coeficiente de restitución e, se pueden determinar las velocidades finales.

Resultados

Masa de los balines:

m1=133 g

m2=112 g

Altura H desde la posición donde se producirá el choque con respecto a la mesa de trabajo:

H=106,5 cm

Altura h desde la posición inicial de la esfera a la base de la rampa:
h=28 cm


INTENTO
1
h
0,28m
M1
133g
M2
112g
v=
2 gh
2,34 m/s
H
1,06 m
α1

2°
α2

25°
x1
0.5m
x2
0.55m
Tabla 1. Datos del experimento para la conservación de la energía.

vI = Velocidad inicial
v1 = Velocidad del balín 1
v2 = Velocidad del balín 2
x1 = Distancia del balín 1
x2 = Distancia del balín 2
h= Altura base de madera
H=Altura de la mesa
a1= Angulo 1
a2 = Angulo 2


Análisis de resultado

Tiempo
t= 2Hg
t= 2(1.06m)9.8ms2
t=0.46s

Velocidad inicial

vI= 2gh

v1= 2(9.8ms2) ×0,28 m

vI=2,34 ms


Velocidad final balín 1:
v1= x1t
v1= 0.5m0.46s

v1=1.08ms

Velocidad final balín 2:

v2= x2t
v2= 0.55m0.46s

v2=1.19ms


mi× vi= m2×v2cosθ2+ m1×v1cosθ1

133 g× 2,34 ms=
112g×1,19 mscos2°+ 133 g×1,08mscos25°

311,22 KN=263,37 KN

Error Absoluto= 311,22 KN-263,37KN=47,85 KN


Ecuación 2.

0=m2×v2senθ2+m1×v1senθ1

0=112g×1,19 mssen2°+ 133 g×1,08mssen25°

0=65,35KN
Error Absoluto= 0 KN+63,35KN=65,35 KN



conclusiones


La conservación del movimiento lineal sale con cierto error ya que los instrumentos utilizados no son muy precisos, así como el error humano

Durante el choque se produce una fuerza de reacción, durante la etapa de deformación esta fuerza aumenta y al deformarse la masa aparece una fuerza elástica que trata de detener al cuerpo; durante la fase de restitución la fuerza de reacción empieza a disminuir y la fuerza elástica a su vez aumenta la velocidad en sentido contrario.

Referencias


Torre. J. "El mundo de la física". Cempro (2005)

Beichner, J.R., Serway, R.A., (2002). Física Tomo I para ciencias e ingeniería. Quinta Edición. México, D.F., McGraw-Hill S.A. DE C.V.

A. A. Logunov, 1998, Curso de Teoría de la Relatividad y de la gravitación, Universidad Estatatal de Lomonósov, Moscú, ISBN 5-88417-162-5