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Verificación Experimental de la
Conservación de la Energía Mecánica en un
Riel de Aire
JUAN SEBASTIAN CAICEDO -2242298– ING MECANICA.
DANIEL ALEJANDRO RODRIGEZ-2240309-ING MECANICA.
JUAN DANIEL PEDRAZA ARIAS-2232845 -GEOLOGIA.
En la quietud del riel, la energía revela su ley eterna: se conserva, sin importar el camino que recorra. Frase sin autor
Resumen
Se planteó el problema con base en los principios de la conservación de la energía mecánica, considerando la relación entre la energía cinética y la energía potencial de un deslizador que se mueve en un riel de aire. La investigación se fundamentó en la idea de verificar experimentalmente que, ante la presencia de fuerzas conservativas, la suma de las energías se mantiene constante. Para ello se diseñó y ejecutó una experiencia en la que se utilizó un riel de aire, un deslizador, bloques de madera para ajustar la altura y sensores de velocidad conectados a una tablet mediante una interfaz digital. Durante el procedimiento, se niveló el riel, se midieron las alturas utilizando bloques de madera y se recordaron las posiciones y velocidades registradas por el sistema. Se realizó la liberación del deslizador, capturándose varias series de datos para analizar la evolución de la energía sin variaciones externas apreciables. El principal resultado obtenido fue la comprobación experimental de la conservación de la energía mecánica, validando el modelo teórico mediante la correlación de las velocidades y las alturas medidas en distintas posiciones del riel.
INTRODUCCIÓN
La pregunta de investigación central fue: ¿Cómo se relacionan experimentalmente la energía cinética y la energía potencial de un deslizador en un riel de aire, y se verifica la conservación de la energía mecánica en el sistema? Planteamos el problema a partir de los fundamentos de la física clásica, donde la energía mecánica (Em) se expresa como la suma de la energía cinética (Ec) y la energía potencial (Ep). El objetivo del proyecto fue determinar de forma experimental la interrelación entre estas magnitudes en un escenario controlado, utilizando un riel de aire para minimizar la fricción.
El modelo teórico se sustentó en la concepción de que, en sistemas idealmente conservativos, se cumple: donde Ec = (1/2) m v² y Ep = m g h, siendo m la masa, v la velocidad, g la aceleración de la gravedad y h la altura. Para el procesamiento de los datos se aplicaron estas relaciones, estableciendo una correspondencia entre las medidas de velocidad y posición.
METODOLOGÍA
TRATAMIENTO DE DATOS.
TRATAMIENTO DE DATOS.
Situación 1: Masa Constante = 212,5 [gr]
h [m] V^ en^ Fotocelda 1 V^ en^ Fotocelda 2
h [m] V₁ promedio V₂ promedio 0,021 0,514 0, 0,041 0,748 0, 0,047 0,764 0, 0,0675 0,914 1, Situación 2: Altura Constante = 0,0465 [m] Tabla 1. Resultados Situación 1 Tabla 2. Promedios Situación 1
debería llegar el deslizador a la fotocelda: V =√ 2 ∗ a ∗ ∆ d
V =
2 gh ( X Fotocelda − X 0 )
2
+ h
2
Situación 1:
h [m] V₁ Teórica V₂ Teórica 0,021 0,581 0, 0,041 0,811 1, 0,047 0,868 1, 0,0675 1,040 1,
Situación 2:
m [gr] V₁ Teórica V₂ Teórica 232,5 0,864 1, 242,5 0,864 1, 252,5 0,864 1, 262,5 0,864 1,
Comparación de datos:
Teniendo nuestros datos teóricos y experimentales, podemos saber la calidad de nuestros datos
Situación 1:
h [m] V₁ Teórica V₁ promedio V₂ Teórica V₂ promedio 0,021 0,581 0,514 0,737 0, 0,041 0,811 0,748 1,029 0, 0,047 0,868 0,764 1,102 0, 0,0675 1,040 0,914 1,319 1, h [m] %Error V₁ %Error V₂ 0,021 6,7^ 6, 0,041 6,3^ 7, Tabla 5. Datos teóricos situación 1 Tabla 6. Datos teóricos situación 2 Tabla 7. Comparación de datos de situación 1
0,0675 12,6^ 13,
Podemos establecer V como un funcion respecto a H, y visualmente evidenciar los resultados
Situación 2:
m [gr] V₁^ V₁ Teórica^ V₂ V₂ Teórica Tabla 8. Porcentajes de error de situación 1 Figura 2. Función V respecto a H. Con V₁ experimental
la aceleración, es por eso por lo que M no aparece en la fórmula de velocidad que hallamos, y es
por eso por lo que los valores teóricos y experimentales obtenidos son muy cercanos, V no
depende de M y por eso, en la Figura 8 se puede apreciar una función constante.
CONCLUSIONES
REFERENCIAS
- Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2018). Physics for Scientists and Engineers (10ª ed.). Cengage Learning.
- Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2017). Fundamentals of Physics (11ª ed.). Wiley.
- Tipler, P. A., & Mosca, G. (2007). Physics for Scientists and Engineers (5ª ed.). W. H. Freeman and Company.
- Feynman, R. P., Leighton, R. B., & Sands, M. (2011). The Feynman Lectures on Physics (Vol. I). Basic Books.
- PASCO. (Año de publicación). Manual de usuario e información técnica de la Interfaz Universal PASCO (Ed. última). PASCO scientific.
