Johanna Barreno
Alexis Miranda
Santiago López
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ESTUDIANTES DE LA ESPOCH EN ELECTRONICA TELECOMUNICACIONES Y REDES. GRUPO 3 TRBAJO DE FISICA
lunes, 7 de mayo de 2012
viernes, 4 de mayo de 2012
ESCUELA
SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD
DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ELECTRÓNICA
EN TELECOMUNICACIONES Y REDES
MATERIA: Física
II
INTEGRANTES:
Ø
Santiago López 532
Ø
Álvaro Veintimilla 511
Ø
Johanna Barreno 453
Ø
David Pilco 568
Ø
Alexis Miranda
551
SEMESTRE: Segundo
“B” Telecomunicaciones y Redes
TEMA: “Experimento
sobre energía cinética”
1.-ANTECEDENTES:
El presente informe es para dar a
conocer la realización del proyecto encomendado por el maestro en el aula de
clases por lo cual hemos decidido realizar una clara demostración de un ejemplo
de este tipo de energía aplicado a la vida
real, y en varias fuentes tanto bibliográficas como en la web hemos encontrado
que la mejor forma de demostrarlo es la montaña rusa. Por lo cual escogimos el
proyecto para su realización.
2.-OBJETIVOS:
Objetivos Generales:
Ø
Conocer las aplicaciones de la física en la
vida diaria.
Ø
Analizar y comprender el tema tratado mediante
la realización de un experimento
Objetivo Específico:
Ø
Dar a conocer y comprender el tema en sí, para
poder reforzar los conocimientos adquiridos en clase.
3.-MARCO
TEÓRICO:
En física, la energía cinética de un
cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el
trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el
reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la
aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su
velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un
trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse
con letra Ec o Ek (a veces también T
o K).
El adjetivo
«cinético» en el nombre energía viene de la antigua palabra griega κίνησις,
kinesis, que significa «movimiento». El término energía cinética y trabajo
y su significado científico provienen del siglo XIX. Los primeros conocimientos
de esas ideas pueden ser atribuidos a Gaspard Gustave Coriolis quien en 1829
publicó un artículo titulado Du Calcul de l'Effet des Machines esbozando
las matemáticas de la energía cinética. El término energía cinética se
debe a William Thomson más conocido como Lord Kelvin en 1849.
Existen
varias formas de energía como la energía química, el calor, la radiación
electromagnética, la energía nuclear, las energías gravitacional, eléctrica,
elástica, etc, todas ellas pueden ser agrupadas en dos tipos: la energía
potencial y la energía cinética.
La energía
cinética puede ser entendida mejor con ejemplos que demuestren cómo ésta se
transforma de otros tipos de energía y a otros tipos de energía. Por ejemplo un
ciclista quiere usar la energía química que le proporcionó su comida para
acelerar su bicicleta a una velocidad elegida. Su velocidad puede mantenerse
sin mucho trabajo, excepto por la resistencia del aire y la fricción. La energía
convertida en una energía de movimiento, conocida como energía cinética, pero el proceso no es completamente eficiente y
el ciclista también produce calor.
La energía
cinética en movimiento de la bicicleta y el ciclista pueden convertirse en
otras formas. Por ejemplo, el ciclista puede encontrar una cuesta lo
suficientemente alta para subir, así que debe cargar la bicicleta hasta la
cima. La energía cinética hasta ahora usada se habrá convertido en energía
potencial gravitatoria que puede liberarse lanzándose cuesta abajo por el otro
lado de la colina. Alternativamente el ciclista puede conectar una dínamo a una
de sus ruedas y así generar energía eléctrica en el descenso. La bicicleta
podría estar viajando más despacio en el final de la colina porque mucha de esa
energía ha sido desviada en hacer energía eléctrica. Otra posibilidad podría
ser que el ciclista aplique sus frenos y en ese caso la energía cinética se
estaría disipando a través de la fricción en energía calórica.
Como
cualquier magnitud física que sea función de la velocidad, la energía cinética
de un objeto no solo depende de la naturaleza interna de ese objeto, también
depende de la relación entre el objeto y el observador (en física un observador
es formalmente definido por una clase particular de sistema de coordenadas
llamado sistema inercial de referencia). Magnitudes físicas como ésta
son llamadas invariantes. La energía cinética esta co-localizada con el
objeto y atribuido a ese campo gravitacional.
El cálculo de
la energía cinética se realiza de diferentes formas según se use la mecánica
clásica, la mecánica relativista o la mecánica cuántica. El modo correcto de
calcular la energía cinética de un sistema depende de su tamaño, y la velocidad
de las partículas que lo forman. Así, si el objeto se mueve a una velocidad
mucho más baja que la velocidad de la luz, la mecánica clásica de Newton será
suficiente para los cálculos; pero si la velocidad es cercana a la velocidad de
la luz, la teoría de la relatividad empieza a mostrar diferencias significativas
en el resultado y debería ser usada. Si el tamaño del objeto es más pequeño, es
decir, de nivel subatómico, la mecánica cuántica es más apropiada.
En mecánica clásica, la energía cinética
de un objeto puntual (un cuerpo tan pequeño que su dimensión puede ser
ignorada), o en un sólido rígido que no rote, está dada en la ecuación Ec = (m/2v2) donde m es la masa y v es la velocidad del
cuerpo. Se considera la consecuencia de la acción de una fuerza, porque cuando
una fuerza externa actúa sobre una partícula o un sistema de partículas en
equilibrio produce un cambio en la energía cinética.
Las montañas
rusas utilizan solo un motor en el inicio de su recorrido: para poder llegar
hasta la altura indicada para luego iniciar la aventura. Luego, no se utiliza
ningún mecanismo mecánico para ayudar a completar la trayectoria. Esto se debe
a que el principio del funcionamiento de las montañas rusas se basa en la ley
de la conservación de la energía.
En este caso,
dichas energías son la Energía cinética y Energía potencial. La energía
cinética es aquella que está presente en todo movimiento, es la energía del
movimiento. Mientras mayor sea éste, es decir, mientras mayor sea la velocidad,
mayor será la energía cinética que ese cuerpo posea. Por otro lado, la Energía
potencial refiere la energía de posicionamiento. En este caso, se utilizara la
energía potencial gravitatoria, y como bien dice su nombre, refiere a la
energía en torno a su posición en relación a la gravedad. Imagina que sujetas
un cuerpo con tu mano a una altura de 1 metro del suelo. Ese cuerpo tiene la
capacidad de producir energía cinética, dado que si se lo suelta, adquiere
velocidad. Esa capacidad de producir energía es justamente la energía
potencial. El cuerpo a 1 metro del suelo tiene cierta energía potencial, pero a
2 metros tiene mayor energía potencial, a 3 metros tiene más, y así siguiendo.
Ejemplo de la
conservación de la energía potencial y cinética. Ahora bien, ¿Cómo se relaciona
esto con la montaña rusa? Primero tenemos que remitirnos a una de las leyes
fundamentales de la física: la conservación de la energía. Ésta dice que la
energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Es decir, la
cantidad total de energía siempre se mantiene constante. Si se retoma esto a
las energías tanto cinética como a la potencial, vemos algo muy peculiar. El
cuerpo que se encuentra a 1 metro de altura tiene cierta energía potencial.
Cuando se lo suelta, adquiere energía cinética. Entonces, ¿Cuál es la energía
cinética del cuerpo antes de chocar contra el suelo? ¡La misma que la energía
potencial que tenía antes de soltarlo! La energía siempre se mantiene
constante. Así, si al cuerpo se lo soltase desde 2 metros, la energía cinética
que adquiriría seria el doble que si se lo soltase de 1 metro.
Este
fundamento usan las montañas rusas. Una vez que ascienden para luego dejarse
caer e iniciar su recorrido, utilizan la conservación de la energía para
funcionar. Cuando se encuentra en a cierta altura, tiene energía potencial.
Cuando desciende, ésta se transforma en energía cinética, la cual es quien le
permite volver ascender para luego descender, así se forma un ciclo de
transformación de la energía en potencial y cinética sucesivamente. Esto
permite que las montañas rusas puedan funcionar sin ninguna ayudar mecánica
externa, sino hacerlo solo con la utilización de las leyes de la física.
De todos
modos, hay que tener en cuenta la fricción producida por lo rieles. Esta
desacelera la velocidad de la montaña rusa, produciendo que la energía total
neta no sea totalmente mecánica. Es decir, parte de la energía se pierde en
calor por la fricción. De todos modos, la energía total si permanece constante,
dado que si se sumase la energía potencial y cinética más el calor perdido por
fricción, el resultado siempre sería mismo, constante. De este modo, a la hora
de diseñar las montañas rusas, los ingenieros siempre tienen que dejar un
margen para la pérdida de energía por la fricción.
4.-EXPERIMENTO:
El
experimento consiste en dejar caer una canica por un plano inclinado similar al
de las montañas rusas para demostrar la energía cinética en el punto más alto y
en su punto de inicio es la que la hace independiente de un motor para poder
funcionar, gracias a la variación de velocidad y a la energía potencial.
4.1) Materiales:
-Alambre
-Canicas
-Perfiles
-Cinta adhesiva
-Espuma flex
-Cáncamos
4.2)
Procedimiento:
-Colocamos un
cáncamo en un perfil para establecer la base de la montaña.
-Armamos una
estructura de alambre dándole la forma de un camino.
-Moldeamos el
alambre para darle la trayectoria para la canica.
-Cubrimos
todo el recorrido con la cinta adhesiva.
-Lanzamos la
canica
4.4) Conclusión:
Ø Hemos demostrado de esta manera que una variación de la velocidad
en una partícula a través de su recorrido y que a su vez se transforma en
energía potencial cuando llega a su punto más alto (por la ley de la
conservación de la energía), puede producir una energía tal que la haga ser
independiente de factores externos para estar en movimiento.
5) WEBGRAFÍA:
Energía cinetica
La energía cinética de un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno del movimiento. Esta definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la misma magnitud podría requerirse para que el cuerpo regrese a su estado de equilibrio.
Energía cinética de una partícula [editar]En mecánica clásica, la energía cinética de un objeto puntual (un cuerpo tan pequeño que su dimensión puede ser ignorada), o en un sólido rígido que no rote, esta dada la ecuación donde m es la masa y v es la rapidez (o velocidad) del cuerpo.
En mecánica clásica la energía cinética se puede calcular a partir de la ecuación del trabajo y la expresión de una fuerza F dada por la segunda ley de Newton:
La energía cinética se incrementa con el cuadrado de la rapidez.
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