Laboratorio 9 Rotación y Conservación de Energia Objetivos: Dr. Willy H. Gerber Instituto de...

Laboratorio 9Rotación y Conservación de Energia

Objetivos:

Dr. Willy H. GerberInstituto de Fisica

Universidad AustralValdivia, Chile

Estudiar la conservación de energía y movimiento rotacional incluyendo la generación de torque.

www.gphysics.net – UACH-Bachillerato-Lab-9-Version 11.08

Repaso

Conceptos y Ecuaciones que debemos dominarpara poder aprovechar el laboratorio

Asista a clase teórica para comprender el significado de los conceptos y ecuaciones!!!!

Repaso

Traslación y rotación

Toda fuerza sobre un cuerpo puede ser descompuesta en dos componentes:

• una que genera traslación (paralela a la dirección punto de ataque-centro de masa)• una que genera rotación (perpendicular a la dirección punto de ataque-centro de masa)

El movimiento de un cuerpo se puede describir como un movimiento de traslación de un punto y una rotación en torno de este.

El “punto” descrito se denomina Centro de Masa.

Repaso

La fuerza perpendicular genera un torque

Para el caso

Torque [Nm]Brazo [m]Fuerza (componente perpendicular) [N}

Analogía Posición [m]

Velocidad [m/s]

Aceleración [m/s2]

Fuerza [N]

Masa [kg]

Angulo [rad]

Velocidad angular[rad/s]

Aceleración angular[rad/s2]

Torque [Nm]

Momento de inercia [kg m2]

Tabla de Momentos de Inercia

Repaso

Aplicación de analogía

Impulso (Momento)

1 Ley de Newton

2 Ley de Newton, general

2 Ley de Newton, caso m, I cte

3 Ley de Newton

Velocidad a,α cte

Posición a,α cte

Energia cinética

Repaso

Movimiento circular

Velocidad tangencial

Aceleración tangencial

Aceleracióncentrípeta

centrifuga

Energia Potencial Gravitacional

Energia Potencial [J]Masa [kg]Aceleración gravitacional [m/s2]Altura [m]

Comerciales

¿Para que tanto musculo?

Fuerza en el pieFuerza en la articulaciónRadio de la articulaciónLargo del hueso

3200 N

1 cm40 cm

Misión

Estudiar como la energía potencial pasa a cinética:

- ¿Cuál es la energía cinética de un cilindro que rueda?- ¿Depende la velocidad que alcanza de la masa?

- ¿Cómo afecta la geometría del cuerpo?- ¿Por qué rota y no se refala?

Misión

Estudiar un cilindro que ruedan por un riel

1. Energia cinética total

Ayuda:

- determine la energía cinética de traslación en función de la velocidad (analítico)- determine la energía cinética de rotación en función de la velocidad angular (analítico)- determine el momento de inercia para el caso de que el cuerpo se describa como un disco masivo y que gira en torno de su eje (analítico)- establezca la relación entre velocidad de traslación y la velocidad angular con que rota para el caso de que el cuerpo no resbale (analítico)- determine la energía cinética total en función de la velocidad de traslación (analítico)- mida las velocidades de ambos cilindros para un

cambio de altura (h) definido (medición)

2. Velocidad de traslación

Ayuda:

- determine la energía potencial gravitacional (analítica) - suponga que la energía se conserva y determine la velocidad de traslación en función de la altura en que se soltó el cilindro- calcule la velocidad que espera tenga cada cuerpo al llegar abajo?- compare los valores calculados con aquellos medidos- depende la velocidad de la masa? Porque?- son las velocidades entre los dos cuerpos distintas? Porque?

3. Torque por roce

Ayuda:

- determine la fuerza de tracción (analítico)- determine la aceleración angular en función de la aceleración de traslación y asóciela a la fuerza de tracción (analítico)- determine el torque que genera la rotación en función de la aclaración angular (analítico)- determine la fuerza en el punto de contacto en función del torque (analítico)- determine la fuerza normal (analítico)- determine el coeficiente de roce mínimo que debe de existir para que el cilindro ruede y no resbale (analítico)- calcule el ángulo de inclinación (medición y calculo)- calcule el coeficiente de roce mínimo (calculo)- que tendría que hacer para que el cilindro resbale y no ruede???

Configuración

Unidad CASSY

Puerta de medición de velocidad

Configuración

Determinar las dimensiones

Configuración

Asegurar que la puerta esta en la posición correcta velando porque la regla este paralela al riel cuando el LED se apaga.

CASSY Lab

Ejecutar Programa

Representación del sistema CASSY

Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:

CASSY Lab

Elegir escala

CASSY Lab

Indicador

CASSY Lab

Recordar ajustar cada vez la altura del portal y el diámetro en el programa.

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