Conservación de la energía en el péndulo

Conservación de la energía en el péndulo

 Energía

Detalles de la actividad

Actividad 1: Energía cinética y energía potencial

Pulsa Reiniciar y configura el simulador con los siguientes datos:

  • α = 40º
  • m = 0.5 kg
  • l = 2.0 m
  • g= 9.8 m/s2

 

Recuerda que un cuerpo que está a cierta altura (h) sobre el suelo (en una zona en la que existe gravedad) tiene la posibilidad (el potencial) de realizar trabajo y por ello decimos que tiene energía potencial. Este tipo de energía potencial se llama energía potencial gravitatoria o simplemente energía potencial.

 

 

1.- Selecciona la pestaña Barras y pulsa Play. Observa las barras que representan a las energías cinética, potencial y total y explica brevemente tus observaciones.

 

 

 

 

 

 

2.- Pulsa Reiniciar y marca Ver valores y escribe a continuación los siguientes valores:

  A.-Energía potencial:

 

  B.-Energía cinética:

 

  C.-Energía total:

 

3.- Pulsa Play y luego pulsa Pausa para detener el péndulo en la parte más baja de su oscilación (tendras que repetir varias veces hasta consiguirlo). Escribe los siguientes valores:

  A.- Energía potencial:

 

  B.- Energía cinética:

 

  C.- Energía total:

 

4.- Describe brevemente qué se puede decir sobre la energía total del péndulo que se cumpla en cualquier momento.

 

 

 

 

La observación que acabas de hacer puede expresarse así: "En un sistema cerrado, la energía se puede convertir de una forma a otra, pero la cantidad total de energía sigue siendo la misma". Esto se conoce como principio de conservación de la energía.

 

5.- Pulsa Reiniciar, selecciona la pestaña Gráfica y marca las casillas Ec y Ep. Pulsa Play y cuando hayan transcurrido 4 s aproximadamente pulsa Pausa.

Observa la gráfica y explica brevemente cuál es la relación entre la energía cinética y la energía potencial.

 

 

 

 

6.- En la siguiente gráfica con las curvas de energía cinética y potencial para un péndulo, aparecen señalados los puntos A, B y C. Señala en las tres figuras de los péndulos si corresponden a la situación A, B o C.

fig1

fig2

fig3

fig4

 

7.- Si un péndulo comienza con con una energía potencial de 100 J y tiene una altura de 0 m en la parte más baja de su oscilación, ¿cuál será su energía cinética máxima? Explícalo.

 

Actividad 2: Cálculo de la energía potencial

Pulsa Reiniciar y configura el simulador con los siguientes datos:

  • α = 0º
  • m = 1.0 kg
  • l = 1.0 m
  • g = 1.0 m/s2

1.- Para comenzar selecciona el gráfico de Barras (histograma) y marca Ver valores.
¿Cuál es el valor de la energía potencial?

 

2.- Teniendo en cuenta que el pivote del que cuelga el péndulo se encuentra a 2 m de altura rellena la columna de altura del péndulo h y a continuación calcula la energía potencial en cada uno de los casos.

    m (kg)         l (m)         h (m)         g (m/s2)         Ep (J)    
0.2 1.5 3.0
0.3 1.1 1.0
0.5 1.0 6.0
1.0 1.2 2.0

 

 

3.- Observando la tabla anterior ¿encuentras algún patrón para deducir la relación entre la energía potencial y los valores de m, h y g?

 

4.- Representa mediante una ecuación la relación que has encontrado en el apartado anterior y usa el simulador para comprobar su validez.

Ep =

 

5.- Calcula la energía potencial de un péndulo de 0.7 kg de masa situado a una altura de 0.3 m en un lugar en el que g = 9.8 m/s2. Cuando hagas los cálculos, comprueba tu resultado con el simulador.

 

Actividad 3: Energía cinética y energía potencial

Configura el simulador con los siguientes datos:

  • α = -40º
  • m = 1.0 kg
  • l = 1.3 m
  • g = 1.0 m/s2

1.- Selecciona la pestaña Barras y marca Ver valores.

  A.- ¿Cuál es la altura del péndulo?

 

  B.- ¿Cuál es la energía potencial del péndulo?

 

  C.- ¿Cuál es la energía cinética del péndulo?

 

2.- Pulsa Play y cuando el péndulo esté en la parte más baja de su oscilación pulsa Pausa.

  A.- ¿Cuál es ahora la altura aproximada del péndulo?

 

  B.- ¿Qué energía potencial tiene?

 

  C.- ¿Cuál es su energía cinética?

 

3.- Recuerda que la ecuación para calcular la Ec es:

$$E_c = \frac{1}{2}m v^2$$

Utiliza esta ecuación para determinar la velocidad del péndulo en la parte inferior de su oscilación.

 

4.- Pulsa Reiniciar y configura el simulador con los siguientes datos:

  • α = -40º
  • m = 1.0 kg
  • l = 2.0 m
  • g = 9.8 m/s2

En estas condiciones la altura exacta del péndulo es 0.468 m. Intenta calcular este valor lo tú mismo.

 

Calcula qué velocidad máxima alcanza este péndulo.

 

 

 

 

 

Instrucciones

La energía cinética y la potencial se transforman la una en la otra. La energía total no varía.

Fecha de publicación: 07-06-2001

Categoría: Energía

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