Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) Valeria Martínez Ruiz Luis Javier del Valle Física general Grupo 1392 Universidad Nacional abierta y a distancia-UNAD ECBTI 2023 Tutores de la red del curso (email: [email protected]) Directora del curso-Yurimar Ruiz Rocha Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) PA GE Tarea 3 - Teoremas de conservación Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) PA GE Introducción En el presente trabajo trata de poner en práctica los principios de conservación en situaciones reales como lo son en el simulador virtual en el cual analizaremos la conservación de la energía en un sistema de pista de patinaje y como puede llegar a impactar la fricción, además interpretaremos los choques inelásticos y elásticos y como allí se conserva o no la energía dependiendo a la masa de cada objeto y finalmente como en un sistema se libera una masa hallando allí su velocidad y su energía total. Tutores de la red del curso (email: [email protected]) Directora del curso-Yurimar Ruiz Rocha Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) PA GE Desarrollo de los ejercicios En cada uno de los ejercicios encontrará las variables 𝜓 y λ, corresponderán al número que debe asignar para desarrollar el ejercicio, para calcularlo tome cada dígito de su cédula y súmelo. Ejemplo: El número de cédula es 1.004.960.316; ahora se debe separar cada dígito y sumarlos de manera independiente, así: 𝜓 =1+0+0+4+9+6+0+3+1+6 𝜓 = 30 Identifique ʎ como el primer digito de 𝜓 : λ= 3 Este valor obtenido lo debe reemplazar en cada uno de los ejercicios donde aparezcan estas variables. 1. [20 puntos] Simulador Virtual: Conservación de la energía Instrucciones: El primer punto corresponde a realizar una práctica a través de un simulador virtual. Según la rúbrica que previamente ha leído, en este punto debe realizar un vídeo donde presente su documento de identidad al inicio, puede utilizar cualquier editor de vídeo y plataforma para publicarse. Procedimiento: Diríjase al enlace: https://phet.colorado.edu/es/simulations/energy-skate-park a. Seleccione la opción “Medidas”. obtenido para ψ (Si el valor de ψ excede 100, entonces debe tomarse ese valor). c. Antes de iniciar el simulador seleccione las siguientes opciones: b. Para el desarrollo de esta actividad el valor de la masa del patinador será igual al valor Tutores de la red del curso (email: [email protected]) Directora del curso-Yurimar Ruiz Rocha Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) PA GE d. El valor de la gravedad dependerá del valor de 𝜆 obtenido de la forma indicada anteriormente. Planeta Valor de 𝝀 Luna 1, 2, 3 Tierra 4, 5, 6 Júpiter 7, 8, 9 e. Situé el patinador a una altura de 6m sobre la pista de patinaje. De clic en PLAY para iniciar la simulación. Seleccione 3 puntos de la pista y mida la energía cinética y energía mecánica usando el detector y complete la siguiente tabla con los datos obtenidos y sumando los valores de energía cinética y energía potencial obtenidos en la fila 4. Punto A Punto B Punto C Energía cinética 62.3 205.8 261.6 Energía potencial 216.9 73.5 17.7 Energía cinética + Energía potencial 279.3 279.3 279.3 Preguntas: Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) Punto A Punto B Punto C Energía cinética 119.3 188.1 72.9 Energía potencial 145.7 29.5 137.5 Energía cinética + Energía potencial 268.5 268.5 268.5 Preguntas: 4. ¿Qué ocurre con la energía total (suma de la energía cinética con la energía potencial)? ¿Por qué ocurre este fenómeno? La energía total se mantiene igual en cualquier punto de la pista de patinaje debido al teorema de conservación el cual indica que si se presenta un sistema aislado es decir un sistema de objetos que ejercen fuerzas entre sí, en este caso es la pista de patinaje y el patinador no se ejerce ninguna fuerza exterior por este motivo no causa ningún cambio de energía en el sistema. 5. ¿Cómo afecta la altura de un objeto a su energía potencial y cinética? La altura sobre la superficie y la masa del objeto afecta la cantidad de energía potencial, es decir cuando el objeto está a una altura mayor, la energía potencial que posee el objeto es mayor y a medida que la altura disminuye la energía es menor. 6. ¿Qué efecto tiene la fricción en la energía mecánica de un objeto? La fricción afecta notoriamente a la energía mecánica debido a que la fuerza de fricción va en contra del movimiento, por este motivo esto afecta cuando el objeto va cayendo en la pista de patinaje debido a que se demora más tiempo en caer, como consecuencia la fuerza mecánica que se le aplica al objeto incrementa a comparación de un lanzamiento sin fuerza de fricción. 7. ¿Es posible que la energía mecánica total de un objeto aumente durante su movimiento? No debido a que el teorema de conservación indica que si se presenta un sistema de objetos que ejercen fuerzas entres si, ninguna fuerza exterior causa cambios de energía en el sistema, es decir en el Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) PA GE 1. ¿Qué conclusión puede obtener a partir del análisis de los datos de la tabla? Se puede concluir que la energía cinética más la energía potencial en cualquiera de los 3 puntos obtenidos es la misma, es decir la energía mecánica se conserva constante. 2. Cuando el patinador va de subida, ¿qué ocurre con la energía cinética y con la energía potencial? Cuando va de subida la energía cinética va disminuyendo y la energía potencial aumenta. 3. Cuando el patinador va de bajada, ¿qué ocurre con la energía cinética y con la energía potencial? Cuando va de bajada es al contrario la energía cinética aumenta y la energía potencial disminuye. f. En la opción de fricción ponga un valor medio y repita el paso anterior. Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) 2. [20 puntos] Presentación interactiva Realizar presentación interactiva que dé cuenta del análisis realizado de un material audiovisual o una conferencia de la red de curso de Física General Si 𝜓= 61 el valor de gamma de será el número de la decena (primer dígito), es decir: 𝜆 = 6 En esta sección, deberá seleccionar el material audiovisual designado basado en resultado de la variable Lamda 𝜆 Video Lamda 𝜆 IV ENCUENTRO INTERNACIONAL DE GEOGEBRA FORTALECIMIENTO DEL APRENDIZAJE DE LAS MATEMÁTICAS. 1, 2 y 3 https://www.youtube.com/live/xu3CmsBnMOc?feature=share 1ER CONGRESO INTERNACIONAL DE INVESTIGACIÓN Y ENSEÑANZA DE LA FÍSICA - CIIEF 2022 - DÍA 1: 4, 5 y 6 https://www.youtube.com/live/mUK99Uechek?feature=share I CONGRESO INTERNACIONAL DE INNOVACIÓN Y TRANSFERENCIA TECNOLÓGICA. Dia 1: 7, 8 y 9 https://www.youtube.com/live/NwQQTvdCMLM?feature=share https://view.genial.ly/6495b2423397b9001278be01/presentation-presentacion-einstein 3. [10 puntos] Conservación de la cantidad de Movimiento Dos vehículos parten en línea recta desde el punto A y B respectivamente con sentidos contrarios, hacia el mismo punto C, como se muestra en la figura. El vehículo que parte del punto A tiene una masa de 120kg y una velocidad de 𝑣𝑖1 = 3 × 10−1 𝑚/𝑠, el vehículo que parte del punto B tiene una masa de 100 kg y una 3 velocidad de 𝑣𝑖2 = × 10−1 𝑚/𝑠. Chocan frontalmente y después de la colisión los dos vehículos se 2 mueven en la misma dirección del vehículo de mayor masa. Con base en la anterior información: Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) PA GE sistema de la pista de patinaje la energía mecánica total en ningún momento cambia durante su movimiento las únicas que energías que se modifican durante su trayecto es la energía cinética y la energía potencial. Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) Plantee la ecuación de conservación que aplica para la situación Calcule la velocidad final de los dos vehículos ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑃0 = 𝑚𝐴𝑣𝐴 − 𝑀𝑏𝑉𝑏 ⃗⃗⃗⃗⃗ = (𝑚𝐴 + 𝑚𝐵) 𝑉𝑐 𝑃𝑓 ⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑃0 =𝑃𝑓 𝑚𝐴𝑣𝐴 − 𝑚𝐵𝑣𝐵 mA + mB 𝑉𝑐 = 𝑉𝑐= (120𝐾𝑔 ∗ 0.3 𝑚⁄𝑠) − (100𝐾𝑔 ∗ 0.15 𝑚⁄𝑠) 120Kg + 100Kg 36 − (15) 220 21 𝑉𝑐 = a. b. = 220 = 0.095m/s Determinar si la cantidad total de energía cinética se conserva o no Comprobar si el choque es elástico o inelástico. Debido a que ambos carros van hacia la misma dirección después del choque terminan yendo se mueven a la dirección del vehículo de mayor masa, es decir en este sistema se presenta un choque inelástico por este motivo la energía cinética no se conserva, sino que se presenta una pérdida de esta la energía cinética ya que parte de esta energía se transfiere al vehículo con el que choca. 4. [5 puntos] Conservación de la energía Una partícula de masa m= 3 kg se libera desde el punto A y se desliza sobre la pista sin fricción que se muestra en la figura. Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) PA GE a. b. Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) PA GE Determine: a) La rapidez de la partícula en los puntos B y C Ea = Eb = Ec Ea = Eg Ua = K b + Us 1 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑎 = 𝑚Vb2 + 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑏 2 Ea = Ec Ua = K c + Uc 1 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑎 = 𝑚Vc 2 + 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎc 2 𝑉𝑏 = √2 ∙ 𝑔(ℎ𝑎 − ℎ𝑏) 𝑉𝑏 = √2 ∙ 𝑔(ℎ𝑎 − ℎc) 𝑉𝑏 = √2 ∙ 9.8(6 − 3) 𝑉𝑏 = √2 ∙ 9.8(6 − 2) 𝑉𝑏 = √19.6(3) 𝑉c = √19.6(4) 𝑉𝑏 = √58.8 𝑉𝑏 = √78.4 𝑉𝑏 = 7.66𝑚/𝑠 𝑉𝑏 = 8.85𝑚/𝑠 a) La energía mecánica en los puntos A, B y C. 𝑊 = ∆𝑈 = Ua − Uc 𝑊 = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑎 − 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑐 𝑊 = 𝑚 ∙ 𝑔(ℎ𝑎 − ℎ𝑐) 𝑊 = 3 ∙ 9.8(6 − 2) 𝑊 = 29.4(4) 𝑊 = 117.6𝑁 b) ¿Se conserva o no la energía? Explique La energía del sistema se conserva debido a que en el sistema no se presenta fricción además no cuenta con ninguna fuerza que evite que la energía cambie o se transforme. Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) PA GE Enlace del video del ejercicio 1 https://www.youtube.com/watch?v=Zfb-XrEzgCs Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) PA GE Conclusiones Se conoce el teorema de conservación de la energía a través del laboratorio virtual en el cual se comprueba que la energía total mecánica de un sistema se mantiene constante. Se identifica los distintos choques elásticos e inelásticos por medio de la aplicación de la conservación de la energía indicando cual es su velocidad final en el sistema y finalmente determinando si la energía se conserva o no dependiendo del choque y de su masa. Mediante una conferencia comprendemos el importante uso de GeoGebra en diferentes y amplios aspectos de las matemáticas. Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Curso de Física General 100413 Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería (ECBTI) Bauer, W. y Westfall, D. (2014). Física para ingenierías y ciencias. Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. Vol. 1. (2a. ed.) McGraw-Hill Interamericana. (pp. 218 a la 221 y 224 a la 240). https://www-ebooks7-24-com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=700&pg=243 Mott, R y Untener J (2015). Mecánica de Fluidos séptima edición https://www-ebooks7-24com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/?il=3704 Tique, E. (2022). Teoremas de conservación. OVI [Objeto virtual de información]Repositorio institucional UNAD. https://repository.unad.edu.co/handle/10596/49522 Tutores de la Red del Curso Física General Directora del curso- Yurimar Ruiz Rocha (email: [email protected]) Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) PA GE Referencias Bibliográficas