Download - UACH Bachillerato, Lab 8: Rotación y Conservación de Energia

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

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

Repaso

Repaso

Conceptos y Ecuaciones que debemos dominard h l l b t ipara poder aprovechar el laboratorio


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 )


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]


Fuerza [N]

Masa [kg]

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, 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


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]


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


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?


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


‐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?


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)


‐ que tendría que hacer para que el cilindro resbale y no ruede???

Configuración

Configuración


Configuración

Unidad CASSY

Rueda


Puerta de medición de velocidad

Configuración


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

CASSY Lab


Ejecutar Programa

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

Representación del sistema CASSY


CASSY Lab


CASSY Lab

Elegir escalag


CASSY Lab

Indicador


CASSY Lab


CASSY Lab


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