UACH Bachillerato, Lab 8: Rotación y Conservación de Energia

Laboratorio 9
Rotación y Conservación de Energia
Rotación y Conservación de Energia
Dr. Willy H. Gerber
Instituto de Fisica
Universidad Austral
Valdivia, Chile

Objetivos: Estudiar la conservación de energía y
movimiento rotacional incluyendo la
g
generación de torque.
q

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

Repaso

Repaso
Conceptos y Ecuaciones que debemos dominar
para poder aprovechar el laboratorio
d h ll b t i

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 p
como un movimiento de traslación de un punto
y una rotación en torno de este.

El “punto” descrito se denomina Centro de
El “punto” descrito se denomina Centro de
Masa.

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)
di ió d d )


Repaso

La fuerza perpendicular genera un torque

Para el caso

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

Analogía Posición [m] Angulo [rad]

Velocidad [m/s] Velocidad angular[rad/s]

Aceleración [m/s2] Aceleración angular[rad/s2]

Fuerza [N]
Fuerza [N] Torque [Nm]
Torque [Nm]

Masa [kg] 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
y g

2 Ley de Newton, caso m, I cte

3 Ley de Newton
3L d N

Velocidad a,α cte

Posición a,α cte

Energia cinética


Repaso

Movimiento circular Aceleración
centrípeta

centrifuga

Energia Potencial Gravitacional

Velocidad tangencial
Velocidad tangencial

Energia Potencial [J]
Masa [kg]
Aceleración gravitacional [m/s2]
A l ió it i l [ / 2]
Aceleración tangencial
Altura [m]


Comerciales

Comerciales Fuerza en el pie
Fuerza en la articulación
¿Para que tanto musculo? Radio de la articulación
Largo del hueso

1 cm

ortistas
40 cm

tos
en a ser alt
ue los depo
3200 N

80 N

tiende
Porqu

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 en
función de la velocidad (analítico)
‐ determine la energía cinética de rotación en
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
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
id l l id d d b ili d
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?
‐ son las velocidades entre los dos cuerpos
l l id d l d
distintas? Porque?


Guía

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)
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
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

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 escala
g


CASSY Lab

Indicador


CASSY Lab

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


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