Conversiones de energía usando planos inclinados: Laboratorio de física

Conservacion de energia

Hay muchos tipos de energía, desde la cinética (o movimiento) hasta la energía elástica y la energía potencial gravitacional, y aunque en nuestra vida cotidiana puede parecer que la energía se desvanece, cuando empuja un carrito de compras, por ejemplo, finalmente se detiene. la verdad es que la energía nunca se puede perder. La conservación de la energía dice que la energía no se crea ni se destruye, solo se mueve de un tipo a otro. Entonces, si pierde un tipo de energía, debe ganar otro.

Un tipo de energía, la energía potencial gravitacional , se basa en la altura de un objeto. Los objetos más altos tienen más energía potencial gravitacional, y la energía potencial gravitacional de un objeto en julios se puede calcular a partir de esta ecuación: GPE (o energía potencial gravitacional) es igual a mgh – la masa en kilogramos multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, que es 9,8 en la Tierra, multiplicado por la altura del objeto sobre el suelo o sobre una superficie.

Otro tipo de energía, la energía cinética , es mayor si un objeto se mueve más rápido. La ecuación para la energía cinética dice que la energía cinética, medida en julios, es igual a la mitad mv al cuadrado, que es la mitad multiplicada por la masa del objeto en kilogramos multiplicada por la velocidad del objeto en metros por segundo al cuadrado.

En el laboratorio de hoy, investigaremos la conservación de la energía utilizando un plano inclinado y calcularemos cuánta energía se libera como calor a través de la fricción.

Pasos del laboratorio de física

Para este laboratorio de física, necesitará:

• Materiales para hacer una rampa (como una tabla de madera y una pila de libros)
• Una superficie plana y lisa
• Un cronómetro
• Una cinta métrica o una regla
• Cinta adhesiva
• Un carro de juguete (o similar)
• Una balanza (como una balanza de cocina) configurada para medir en gramos o kilogramos

Paso 1: Configura tu rampa usando tus materiales. Intente que la transición de la rampa a la superficie sea lo más suave posible.

Paso 2: Use la cinta adhesiva para marcar un punto de inicio cerca de la parte superior de la rampa y un punto de parada alrededor de un metro más allá del final de la rampa en la superficie. Mida la distancia entre el final de la rampa y el punto de parada y anótelo. Además, mida la altura de su punto de partida sobre la superficie y anótelo.

Paso 3: suelta el coche de juguete en el marcador del punto de partida. Cuando el carro de juguete llegue al final de la rampa, inicie el cronómetro.

Paso 4: Detenga el cronómetro cuando llegue al segundo trozo de cinta y anote el tiempo en una tabla de datos que se ve así:

Tabla de datos de ejemplo

Paso 5: Repita el experimento al menos cinco veces y anote todos los ensayos.

Paso 6: Encuentra el promedio de tus cinco o más intentos sumando los números y dividiendo por cuántos intentos hiciste.

Paso 7: Mide la masa del coche con la balanza y anótala.

Si aún no lo ha hecho, ahora es el momento de pausar el video y comenzar. ¡Buena suerte!

Analizando los datos

Para analizar sus datos, lo primero que debe hacer es calcular la velocidad del automóvil en la parte inferior de la rampa utilizando la ecuación: la velocidad es igual a la distancia dividida por el tiempo. La distancia es su medida desde la parte inferior de la rampa hasta el último trozo de cinta adhesiva, y el tiempo es su tiempo promedio medido con el cronómetro. Aquí hay un ejemplo de cálculo:

Ejemplo de cálculo de velocidad

Una vez que tenga la velocidad del automóvil en la parte inferior de la rampa, puede usarla para calcular la energía cinética del automóvil. La energía cinética viene dada por esta ecuación:

Inserte la velocidad del automóvil y la masa del automóvil que anotó, y calcule el número de julios de energía cinética.

Luego, use la altura del automóvil en el punto de partida y la masa del automóvil para calcular con cuánta energía potencial gravitacional comenzó el automóvil en la parte superior de la rampa. Aquí está la ecuación para la energía potencial gravitacional:

La pequeña g , por cierto, es igual a 9,8 en la Tierra. Inserte números y calcule el número de julios de energía potencial gravitacional.

En este punto, probablemente haya notado que estos números no son los mismos. Si lo hizo bien, la energía cinética debería ser menor que la energía potencial gravitacional. Pero dijimos que la energía se conserva, entonces, ¿por qué?

Bueno, algo de energía también se convierte en calor a través de la fricción. Encuentra la diferencia entre los dos números, y ese es el número de julios de energía que se convierte en calor. Y ese es nuestro número final en este laboratorio.

Resumen de la lección

La conservación de la energía dice que la energía no se crea ni se destruye, solo se mueve de un tipo a otro. Entonces, si pierde un tipo de energía, debe ganar otro.

Un tipo de energía, la energía potencial gravitacional , se basa en la altura de un objeto. Los objetos más altos tienen más energía potencial gravitacional, y la energía potencial gravitacional de un objeto en julios se puede calcular a partir de esta ecuación: GPE es igual a mgh – la masa en kilogramos multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, que es 9,8 en la Tierra, multiplicada por la altura del objeto sobre el suelo o sobre una superficie de referencia.

Otro tipo de energía, la energía cinética , es mayor si un objeto se mueve más rápido. La ecuación para la energía cinética dice que la energía cinética, medida en julios, es igual a la mitad mv al cuadrado: la mitad multiplicada por la masa del objeto en kilogramos multiplicada por la velocidad del objeto en metros por segundo al cuadrado.

En el laboratorio de hoy, investigamos la conservación de energía utilizando un plano inclinado y calculamos la energía cinética y la energía potencial gravitacional. Al encontrar la diferencia entre estos números, también calculamos cuánta energía se libera como calor a través de la fricción.

Los resultados del aprendizaje

Tendrá la capacidad de hacer lo siguiente después de ver esta lección en video:

• Describe la conservación de la energía.
• Recuerde los factores que afectan la energía potencial gravitacional y la energía cinética.
• Explica un experimento que te permite encontrar la energía liberada a través de la fricción calculando la energía potencial gravitacional y la energía cinética.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador