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FÍSICA I
Guía de Laboratorio VIRTUAL 0 3 : Principio de Energía
I. LOGROS ESPERADOS
✓ (^) Aplica el Principio de Energía para predecir el movimiento de objetos sobre trayectorias curvas. ✓ (^) Diseña trayectorias de objetos sobre superficies con fricción y sin fricción para analizar el efecto de variaciones de energía térmica (interna). ✓ (^) Relaciona los cambios de energía de un sistema para corroborar la conservación de Energía cuando el entorno no transfiere energía.
II. EQUIPOS Y MATERIALES VIRTUALES
Descripción Web / Enlace Entorno de evaluación CANVAS (^) https://canvas.usil.edu.pe/ Simulador de Movimiento: Energía y choques y fricción https://phet.colorado.edu/sims/ht ml/energy-skate-park- basics/latest/energy-skate-park- basics_es_PE.html Regla casera con divisiones de mm -
I. FUNDAMENTO TEÓRICO
El Principio de Energía nos indica que ∆𝑬 = 𝑾 + 𝑸 + ⋯ (1) El término de la izquierda es el cambio (“delta” ∆) o variación de la energía E del sistema elegido. Este término se puede desdoblar en cambios de energía cinética ∆𝐾, cambio de energía potencial ∆𝑈(gravitatoria, en caso el sistema incluya a la Tierra y otros objetos), y cambio de energía interna ∆𝐸𝑖𝑛𝑡 (en particular, de energía térmica). La parte derecha de la ecuación (1) indican las transferencias de energía (positivas si la energía entra al sistema o negativa si sale del sistema) en forma de trabajo W, calor Q, etc. Si elegimos un sistema, al cual su entorno no le transfiere (ni remueve) energía, entonces el miembro derecho de (1) se vuelve cero y se obtiene: ∆𝐾 + ∆𝑈 + ∆𝐸𝑖𝑛𝑡 = 0 (2) ∆𝐾 = 𝐾𝑓 − 𝐾𝑖 = 1 2
𝑚𝑣𝑓^2 −
1 2
𝑚𝑣𝑖^2
∆𝐸𝑖𝑛𝑡 : Cambio de energía interna. Depende del sistema. En el caso de superficies en contacto con fricción, conlleva a un aumento de energía interna (térmica). En el caso de choques, por lo general, también hay un aumento. Es un aumento de energía compartido entre los objetos en contacto. En caso se trate de liberación de energía química, este cambio sería negativo (disminución o gasto de energía interna, como en el caso del metabolismo animal). CUANDO HAYA FRICCIÓN, NUESTRO SISTEMA SERÁ: Objeto + Superficie + Tierra
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
4.1 RECONOCIMIENTO DEL ENTORNO CANVAS
Siga la ruta de acceso a la evaluación conforme a la Figura 01. Figura 01: Ruta de acceso para rendir la evaluación Openlabs. ➢ Lea las instrucciones de la evaluación. 4.2 RECONOCIMIENTO DE EQUIPOS Y MATERIALES VIRTUALES Verifique la siguiente dirección web , en donde encontrará el simulador.
https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-
basics/latest/energy-skate-park-basics_es_PE.html
Energía en el Parque del Patinador – Fundamentos – Simulaciones interactivas PHET Aprende sobre conservación de la energía con un skater. Construye pistas, rampas y saltos para el skater y vea la energía cinética, potencial y térmica (interna) mientras se mueve. ¡También puede llevar al skater a diferentes planetas o al espacio! Figura 02: Simulador de cuerpo en movimiento bajo influencia de la Tierra y con superficies rugosas para el análisis de energía. PHET- Interactive simulations
➢ Active las casillas: “Cuadrícula”, “Velocidad” (en realidad es rapidez), “Gráficos de barras” y “Gráfico Circular”. No cambie las opciones de masa ni de fricción. ➢ Seleccione “Movimiento Lento” para poder medir fácilmente. ➢ Arrastre al skater una altura de 𝑦𝑖 = 6 , 00 m según la cuadrícula y suéltelo. ➢ Apunte la altura máxima ℎ𝑓 (según su pantalla, usando su regla de verdad) a la que llega el skater (la altura del punto rojo debajo del skateboard). NOTA: Para medir la altura máxima, usted deberá hacerlo mediante proporción. Primero mida con una regla de su casa, la altura H que mide en su PANTALLA los 6,0 0 m de la rampa. Luego, mida Entonces, la altura 𝑦𝑓 en metros sería: (
) × 𝑦𝑖 = (
) × 6 , 00 m = 𝑦𝑓 Recuerde que 𝐻 y ℎ𝑓 son medidas sobre la pantalla usando su regla casera. Calcule esta altura 𝒚𝒇. Luego de obtener esta altura 𝑦𝑓 usted podrá calcular la variación de energía interna ∆𝐸𝑖𝑛𝑡 que se pedirá. 4.3.3 Pistas curvas y Energía ➢ Entre a la opción “Zona de Juegos de Pistas” del simulador https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate- park-basics_es_PE.html
➢ Active las casillas: “Cuadrícula” y “Gráfico Circular”. No cambie las opciones de masa. ➢ Disminuya a cero la fricción. ➢ Seleccione para que el skater no esté pegado a la pista (cabe la posibilidad de despegarse). ➢ Usando los segmentos acoplables: construya la siguiente pista, lo más aproximado posible a la figura siguiente: Tip: Los segmentos son deformables y van pegados uno detrás de otro al arrastrarlos. Si se equivoca, puede borrar toda la pista con y empezar de nuevo. No olvide la parte intermedia que cambia de curvatura abruptamente. ➢ Arrastre al skater a una altura de 5,0 m según la cuadrícula y suéltelo desde la izquierda sobre la rampa. ➢ Apunte lo que ocurre con respecto al movimiento después de llegar lo más lejos posible a la derecha: Energías y alturas finales. NOTA : Es recomendable que ANTES de realizar el Laboratorio III usted haya construido la pista tal como se muestra en esta última figura. 4.4 CÁLCULOS Y RESULTADOS ➢ Para la Pregunta 1: Utilice los resultados apuntados en el procedimiento 4.3. ➢ Para la Pregunta 2: Asuma que el skater tiene una masa total de M=100 kg y calcule la variación de energía térmica. Utilice los resultados apuntados en el procedimiento 4.3.2 y relaciónelo con el Principio de Energía, como consta en la ecuación (2). ➢ Para la Pregunta 3: Utilice los resultados apuntados en el procedimiento 4.3. ➢ Conteste las interrogantes planteadas en la evaluación para el Laboratorio 0 3 , disponible en el aula virtual. Utilice lo apuntado en el procedimiento experimental anterior. Son tres partes con sus respectivas preguntas. ➢ Verifique que hayas obtenido el puntaje aprobatorio de UNO (1). Tienes 3 intentos para aprobar. ➢ NO OLVIDES que debes rendir un total de 04 evaluaciones Open Labs.
