uach bachillerato, lab 8: rotación y conservación de energia
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Laboratorio 9Rotación y Conservación de EnergiaRotación y Conservación de Energia
Dr. Willy H. GerberInstituto de FisicaUniversidad Austral
Valdivia, Chile
Objetivos: Estudiar la conservación de energía y movimiento rotacional incluyendo la generación de torque.g q
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Repaso
Repaso
Conceptos y Ecuaciones que debemos dominard h l l b t ipara poder aprovechar el laboratorio
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Asista a clase teórica para comprender el significado de los conceptos y ecuaciones!!!!
Repaso
Traslación y rotación
El movimiento de un cuerpo se puede describir p pcomo un movimiento de traslación de un punto y una rotación en torno de este.
El “punto” descrito se denomina Centro deEl “punto” descrito se denomina Centro de Masa.
Toda fuerza sobre un cuerpo puede ser descompuesta en dos componentes:
• una que genera traslación (paralela a ladirección punto de ataque‐centro de masa)
• una que genera rotación (perpendicular a ladi ió d d )
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dirección punto de ataque‐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]
Angulo [rad]
Velocidad angular[rad/s]
Aceleración [m/s2]
Fuerza [N]
Aceleración angular[rad/s2]
Torque [Nm]
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Fuerza [N]
Masa [kg]
Torque [Nm]
Momento de inercia [kg m2]
Tabla de Momentos de Inercia
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Repaso
Aplicación de analogía
Impulso (Momento)
1 Ley de Newton
2 Ley de Newton, generaly g
2 Ley de Newton, caso m, I cte
3 L d N3 Ley de Newton
Velocidad a,α cte
Posición a,α cte
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Energia cinética
Repaso
Movimiento circular Aceleracióncentrípeta
centrifuga
Velocidad tangencial
Energia Potencial Gravitacional
Velocidad tangencial
Energia Potencial [J]Masa [kg]A l ió it i l [ / 2]
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Aceleración tangencialAceleración gravitacional [m/s2]Altura [m]
Comerciales
Comerciales
¿Para que tanto musculo?
Fuerza en el pieFuerza en la articulaciónRadio de la articulaciónLargo del hueso
ortistas
tos
1 cm40 cm
80 N
3200 N
ue los de
poen
a ser alt
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Porqu
tiend
e
Misión
Misión
Estudiar un cilindro que ruedan por un riel
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?‐ ¿Depende la velocidad que alcanza de la masa?
‐ ¿Cómo afecta la geometría del cuerpo?‐ ¿Por qué rota y no se refala?
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Guía
1. Energia cinética total
Ayuda:
‐ determine la energía cinética de traslación enfunción de la velocidad (analítico)
‐ determine la energía cinética de rotación en‐ determine la energía cinética de rotación enfunción de la velocidad angular (analítico)
‐ determine el momento de inercia para el casode 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 resbalepara el caso de que el cuerpo no resbale (analítico)
‐ determine la energía cinética total en función de la velocidad de traslación (analítico)id l l id d d b ili d
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‐mida las velocidades de ambos cilindros para un cambio de altura (h) definido (medición)
Guía
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?cuerpo al llegar abajo?
‐ compare los valores calculados con aquellos medidos
‐ depende la velocidad de la masa? Porque?l l id d l d‐ son las velocidades entre los dos cuerpos
distintas? Porque?
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Guía
3. Torque por roce
Ayuda:
‐ determine la fuerza de tracción (analítico)‐ determine la aceleración angular en función de laaceleración de traslación y asóciela a la fuerza detracción (analítico)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 resbalede 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)
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‐ que tendría que hacer para que el cilindro resbale y no ruede???
Configuración
Configuración
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Configuración
Unidad CASSY
Rueda
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Puerta de medición de velocidad
Configuración
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Configuración
Determinar las dimensiones
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Configuración
Asegurar que la puerta esta en la posición correcta velando porque la regla este paralela al riel cuando el LED se apaga.
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CASSY Lab
CASSY Lab
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Ejecutar Programa
Ejecutar CASSY Lab. De estar enchufada la unidad de medición esta es reconocida por el sistema:
Representación del sistema CASSY
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CASSY Lab
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CASSY Lab
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CASSY Lab
Elegir escalag
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CASSY Lab
Indicador
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CASSY Lab
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Recordar ajustar cada vez la altura del portal y el diámetro en el programa.
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