Laboratorio de Energía Potencial y Cinética

Introducción

Piense en lo que ya sabe sobre energía. Probablemente esté considerando las luces de su hogar o tal vez el combustible que necesita para correr una carrera. No estaría equivocado, pero cada objeto, en movimiento o estacionario, tiene energía. Cada objeto solo puede tener una cierta cantidad de energía y esa energía está en diferentes formas. Piense en la energía total como una pizza. Siempre obtienes 8 rebanadas, pero algunas de esas rebanadas pueden ser queso, mientras que otras pueden ser pepperoni. La energía nunca se crea ni se destruye, solo se convierte entre formas; esto se conoce como la ley de conservación de la energía .

Hoy estudiaremos dos tipos principales de energía. Energía cinética (KE) , la energía de movimiento y la energía potencial gravitacional (GPE) , o energía almacenada debido a la altura.

Practiquemos nuestros tipos de energía. Si una pelota está quieta en la cima de una colina, ¿tendrá GPE o KE? Como está quieto y en lo alto, el objeto solo tiene GPE. Sin embargo, si esa bola rueda cuesta abajo, todo el GPE se convierte en KE cuando llega al suelo y se mueve rápido.

Conservacion de energia

Hoy veremos cómo se desarrolla esto en el mundo real. Medirás el GPE de una pelota a 4 metros del suelo y lo compararás con el KE medido justo antes de que toque el suelo. Antes de comenzar, haga una predicción: ¿Será la GPE en la parte superior la misma que la KE en la parte inferior? ¿Por qué o por qué no?

Materiales

• Una pelota de tenis
• Metro de madera
• Temporizador con milisegundos
• Calculadora
• Un cuaderno para registrar tus datos
• Balanza que mide masa

Pasos

1. Mide la masa de tu bola en la balanza. Asegúrese de registrar la masa en kilogramos en su cuaderno. Si lo mide en gramos, simplemente divida el número por 1000 para obtener kilogramos.

2. Mida la altura desde la que dejará caer su pelota de tenis. Debe ser de 4 metros como mínimo para que puedas medir el tiempo fácilmente. Una escalera o una ventana funcionan bien.

3. Prepara tu cronómetro y prepárate para dejar caer la pelota. Deberá medir el tiempo desde que la pelota sale de su mano hasta exactamente cuando golpea el suelo. Registre su tiempo en su tabla de datos en segundos.

4. Repita el paso 2 tres veces y promedie los tiempos juntos. Esto permite una medición más precisa. Registre esto en su cuaderno.

5. Luego, necesitamos hacer algunos cálculos para encontrar GPE y KE. Comencemos con GPE. La ecuación para GPE es la masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, multiplicada por la altura:

La aceleración debida a la gravedad es siempre de 9,8 m / s 2 ; sin embargo, es aceptable redondear esto a 10 m / s 2 para facilitar el cálculo. Entonces, multiplique su valor de altura, la masa de la pelota y 10 m / s 2 para obtener GPE.

Fórmula de GPE

5. Ahora encuentre KE. La ecuación para KE es 0.5 multiplicado por masa, multiplicado por velocidad al cuadrado:

Fórmula KE

Solución de problemas

Si tiene dificultades para calcular la hora exacta, intente hacer el experimento con dos personas. Llama a tu compañero cuando vas a dejar caer la pelota y deja que use el temporizador. Deben comenzar inmediatamente cuando lo dejes caer y detenerlo exactamente cuando golpee el suelo. Si su tiempo es mayor de lo que se supone que debe ser, sus resultados no tendrán sentido.

Preguntas de discusión

1. ¿Fueron iguales los valores de KE y GPE? Si no es así, ¿por qué cree que sucedió?
2. ¿Tu experimento siguió la ley de conservación de la energía? ¿Por qué o por qué no?

Cómo funciona

Probablemente descubrió que sus valores de KE eran ligeramente menores que los de GPE. Si este no fue su hallazgo y el GPE fue mayor, es posible que tenga algunos errores en su tiempo para dejar caer la pelota.

Entonces, ¿por qué KE y GPE serían diferentes? Sabemos que la ley de conservación de la energía dice que la energía nunca se puede crear ni destruir, entonces, ¿qué pasó? Siempre que un objeto se mueve, algo de energía se convierte en calor mediante la fricción. Podría pensar que no hay fricción en el aire, pero el aire en realidad está formado por millones de pequeñas moléculas de gas. Aunque habrá menos fricción que deslizarlo sobre una mesa rugosa, todavía está allí. Esta fricción convierte parte de la energía de la bola en calor, lo que hace que el valor medido de KE sea inferior al esperado. Si suma la cantidad de KE y la energía térmica, obtendría el valor original de GPE porque se conserva la energía.