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.
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Repaso
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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
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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
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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
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Repaso
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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
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Movimiento circular
Velocidad tangencial
Aceleración tangencial
Aceleracióncentrípeta
centrifuga
Energia Potencial Gravitacional
Energia Potencial [J]Masa [kg]Aceleración gravitacional [m/s2]Altura [m]
Comerciales
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Comerciales
¿Para que tanto musculo?
Fuerza en el pieFuerza en la articulaciónRadio de la articulaciónLargo del hueso
80 N
3200 N
Porq
ue lo
s de
porti
stas
tie
nden
a s
er a
ltos
1 cm40 cm
Misión
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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
Guía
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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)
Guía
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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?
Guía
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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
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Configuración
Configuración
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Unidad CASSY
Rueda
Puerta de medición de velocidad
Configuración
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Configuración
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Determinar las dimensiones
?
Configuración
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Asegurar que la puerta esta en la posición correcta velando porque la regla este paralela al riel cuando el LED se apaga.
CASSY Lab
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CASSY Lab
Ejecutar Programa
Representación del sistema CASSY
Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:
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CASSY Lab
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CASSY Lab
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Elegir escala
CASSY Lab
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Indicador
CASSY Lab
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Recordar ajustar cada vez la altura del portal y el diámetro en el programa.
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