Transformación de energía potencial gravitacional en cinética

...

Fig.8 Caso 1

[pic 16]

Fig.9 Caso 2

[pic 17]

Fig.10 Caso 3

Tabla de datos 2

Corrida

1

2

3

masa (kg)

10g

15g

20g

Velocidad angular (rad/s)

Min=1.40

Max=28.62

Min=2.44

Max=35.36

Min=4.71

Max=42.24

Velocidad lineal (m/s)

Min=0.2

Max=0.41

Min=0.4

Max=0.51

Min=0.07

Max=0.61

Cambio en posición (m)

1.54

1.54

1.54

Cálculos

Inercia rotacional, I, del disco: 1.48 x 10-4 kg m2.

Tabla de datos 3.

Corrida

1

2

3

[pic 18]

2,14E-02

3,24E-02

4,99E-02

[pic 19]

8.405x10^-4

1.950x10^-4

3.721x10^-3

Total KE

0.0222405

0.032595

0.08711

[pic 20]

0.15092

0.22638

0.30184

% diferencia

750

733

344.82

Preguntas

- ¿Es la energía cinética rotacional igual a la energía potencial gravitacional del objeto que cae?

Supongamos que la esfera de la figura 11 está inicialmente en reposo y se la suelta de modo que descienda por el plano inclinado. Aquí pueden suceder dos cosas: que la bolita se deslice sin rodar (por ejemplo, si el roce entre las superficies es nulo o despreciable) o que la bolita empiece a rodar (por ejemplo si el roce entre las superficies es significativo). En cualquiera de los dos casos la bolita llegará con cierta rapidez v al final del plano inclinado. Entonces, ¿cómo será la rapidez de la bolita en cada uno de estos casos?

Si la bolita empieza a girar irá adquiriendo una rapidez angular cada vez mayor y, por lo tanto, adquirirá una energía cinética rotacional [pic 21] , que también irá aumentando.

Como la variación de energía potencial en ambos casos es la misma, necesariamente al final del recorrido su energía cinética, debido a su traslación , debe ser menor en el segundo caso y, por lo tanto, la bolita que rueda debe llegar al final del plano inclinado con una rapidez menor a la experimentada por la que se desliza sin rodar.

- ¿Cómo la energía cinética total se compara a la energía potencial gravitacional del objeto que cae?

Para levantar la piedra tendremos que aplicar un trabajo con una fuerza superior a la fuerza de la gravedad pero en sentido contrario. Al aplicar esta fuerza sobre la piedra, le transferimos la energía que se transforma en energía cinética para que la piedra se desplace hacia arriba. Seguimos aplicando la fuerza hasta llegar a 1 m de altura y detemos la piedra.

Ahora la energía cinética se hace cero y se transforma en energía potencial gravitacional que queda almacenada en la piedra.Si ahora soltamos la piedra y la dejamos en caída libre, la energía potencial gravitacional almacenada vuelve a transformarse en energía cinética y la piedra cae hasta llegar al punto de partida, momento en el que volverá a tener la misma energía total que antes de levantarla.

- CONCLUSIONES – RECOMENDACIONES

- La energía potencial gravitacional de un objeto depende de su peso y su altura.

- La energía cinética rotacional depende de su inercia rotacional y su velocidad angular.

- La energía cinética traslacional depende de la masa del objeto y su velocidad.

- La energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

- La energía cinética más la energía potencial en cualquier instante de la trayectoria es la misma.

- BIBLIOGRAFIA

Borowitz. (1968). A contemporary view of elementary physics. McGrawHill.

Santacruz. (2010). Folleto de Laboratorio de Física. Quito: Escuela Politécnica Nacional.

Sears. (2004). Física Universitaria vol. 1. México: Pearson Educatión.