Articulo cientifico Proyecto de Aula

CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA





Explicación Transformación de energía

Efraín García, Pedro Espinosa, Diego Cañón y Cristian Olivero
Profesor Adalberto Ferrer. Grupo NDL
Laboratorio de Física Mecánica - Corporación Universitaria de la Costa

Barranquilla/Colombia


1. Resumen
La transformación de energía le permite al hombre utilizar la energía que lo rodea; así, busca diversas fuentes de energía, renovables o no, y las transforma según sus necesidades. La transformación de energía le permite al hombre, por ejemplo, utilizar una fuente de energía eólica, renovable, para generar electricidad, que se transforma en calor a través de una estufa eléctrica.
Mediante la transformación de energía obtenemos lo necesario para vivir y para hacer funcionar máquinas. La transformación de energía nos permite sacar de los alimentos lo necesario para movernos.
Abstract
The energy transformation enables man to use the energy that surrounds it; well, looking for different sources of energy, renewable or not, and transforms them according to your needs. The energy transformation enables man; for example, use a wind power, renewable energy, to generate electricity, which is converted into heat through an electric stove.
By transforming energy we obtain the necessities of life and to operate machines. The energy transformation allows us to draw food you need to move.
2. Planteamiento del problema.
Mediante el siguiente experimento queremos demostrar como la energía de una pelota
disminuye al rebotar, y como esta afecta esta su altura a la cual fue lanzada por primera vez.
Por segunda vez lanzaremos dos pelotas juntas y nos daremos cuenta como a diferencia de la primera prueba la pelota esta vez alcanza una altura mayor a la que fue lanzada, por transferencia de energía de una pelota a otra.
Al mantener la pelota en un lugar alto, esta adquiere energía potencial, la cual varía dependiendo de la altura a la que se encuentre, y su masa.
En el momento que dejamos caer la pelota la energía potencial se transforma en energía cinética debido a que esta, presenta un movimiento.
Cuando la pelota rebota esta describe una energía elástica.
3. Justificación
En este experimento de física, lo que ocurren son transformaciones de energía.
Cuando elevamos la pelota pequeña hasta la altura "A", generamos un trabajo sobre ella el cual queda almacenado como energía potencial. La fórmula para calcularla tiene la siguiente forma:
(1)

Ep=energía potencia; m=masa; g=aceleración de la gravedad; h=altura "A" (en este caso en particular)
Cuando la soltamos, toda esa energía se va convirtiendo en energía cinética, a medida que la pelota se acelera, aumenta su velocidad y se acerca al piso. La fórmula con que se calcula la energía cinética es la siguiente:
(2)

Ec=energía cinética; m=masa; v=velocidad del cuerpo en un instante dado
Cuando la pelota choca el piso, toda esa energía de movimiento (energía cinética) se transforma en energía elástica, es decir, la goma se comprime y es allí donde se almacena la energía. Dicha energía es devuelta, y es por eso que la pelota se acelera nuevamente hacia arriba, hasta una determinada altura.

Fig. 1
Si todo fuese perfecto la altura de rebote debería ser igual a la altura (A) desde donde la


soltamos. Pero en todo proceso real hay "pérdidas", y en ésta caso en particular parte de la energía cinética se transforma en calor al momento del impacto.
Ahora analicemos el caso en que soltamos ambas pelotas desde la misma altura (A). No cabe duda que al ser mayor ahora la masa total, hay más energía potencial almacenada. La velocidad al momento de tocar el piso será la misma que cuando soltamos la pelota sola, pues esto se debe solamente a la aceleración de la gravedad, la cual no varía. Pero si habrá más energía cinética, obviamente porque la masa es mayor.
Toda esa energía se transforma en energía elástica al momento del impacto, y es luego liberada, pero la disposición de una pelota sobre la otra impide que la mayor rebote. ¿Y qué sucede entonces con la energía de ella? Esta energía es transferida a la pelota más pequeña. Ello explica porque la altura de rebote es mayor que la altura (A) desde la cual se soltó el sistema. Recordemos que:
La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma
Es justamente por lo anterior, que cuando soltamos solamente la pelota pequeña, la misma nunca podrá alcanzar al rebotar una altura mayor a la (A), ya que si no estaríamos "creando energía", lo cual es imposible.
Como dijimos antes, en los procesos reales parece que esto no ocurre (conservación de la energía), pero en realidad lo que sucede es que parte de la energía suele transformarse en calor, luz, sonido, etc.
Dependiendo de la dificultad con que desees preparar estos experimentos de física, puedes realizar cálculos para ver qué porcentaje de la energía se ha transformado en calor (despreciando la resistencia del aire).

4. Objetivos
Este experimento lo haremos con el fin de demostrar que al dejar caer una pelota de goma por efecto exclusivo de la gravedad esta al chocar con el piso perderá energía y por lo tanto saltara a una altura mucho menor que a la que fue lanzada, luego demostraremos en una segunda prueba que al dejar caer la pelota de goma con otra debajo, nos daremos cuenta que al chocar con el suelo la energía de la segunda pelota la que se encuentra debajo de la mas pequeña transferirá toda la energía hacia esta y por lo tanto lo pelota pequeña saltara a una altura mayor a la que fue lanzada inicialmente.
General
En primer lugar daremos a conocer un poco sobre su funcionamiento, y por medio de los conocimiento adquiridos científicamente trataremos de llegar a una respuesta lo mas concreta posible par apodera si aclarar dudas respecto al tema dado a conocer.
Objetivos específicos
Demostrar la perdida de energía de la pelota de goma al ser lanzada por efecto único de la gravedad.
Aclarar cualquier tipo de dudas con respecto a la energía cinética, energía potencial y energía elástica.
Demostrar experimentalmente un proceso teórico.
Dar a conocer por qué al lanzar dos pelotas de gomas juntas, la primera le transfiere energía a la segunda.
Procesos que ocurren durante el experimento.
Demostrar que las formulas de energía potencial, Energía. Cinética y energía elástica son veraces en dicho experimento.

5. Metodología
Para este experimento necesitaremos ayuda de nuestros compañeros de clases cada uno lanzara la pelota de goma a una determinada altura una única vez en total serian 4 lanzamientos, con los cuales determinaremos el promedio de cada medida necesaria para realizar dicho experimento, luego registraremos los datos en una tabla de valores para llevar una mejor organización.
6. Marco teórico
6.1 Gravedad: la gravedad es una fuerza física que la Tierra ejerce sobre todos los cuerpos hacia su centro. También se trata de la fuerza de atracción de los cuerpos en razón de su masa
6.2 Energía cinética: En física, la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.
6.3 Energía potencial: En un sistema físico, la energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración.
6.4 Energía elástica: es la que se acumula en un resorte, o cualquier objeto elástico, como consecuencia de la compresión o estiramiento del mismo respecto a su posición de equilibrio.
6.5 Masa: En física, la masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional
6.6 Velocidad: La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo.
6.7 Altura máxima: Es la altura que alcanza un cuerpo en tiro vertical en el instante que se cumple v=0, o sea, cuando ya no va a subir más.
6.8 Movimiento: En mecánica, el movimiento es un cambio de posición en el espacio de algún tipo de materia de acuerdo con un observador físico.
6.9 Cuerpos: Es aquello que tiene "masa", o sea la cantidad de "materia" que posee un cuerpo, "volumen", que lo definimos como la cantidad de espacio que ocupa una sustancia medida en tres unidades de longitud o en una unidad de longitud elevada al cubo y si le añadimos "peso", que es la fuerza de atracción que la Tierra ejerce sobre los cuerpos y es igual al producto de la masa por la aceleración debida a la gravedad, tendremos que : W = mg. Donde g = 9.81 m/seg2 y aun cuando no es la misma en todos los lugares sobre la superficie de la Tierra, representa un promedio.
6.10 Componente vertical: La componente vertical es el vector que es paralelo al eje "Y" o vertical.
6.11 Caída libre: La caída libre es un caso particular del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, es cuando un cuerpo se le deja caer libremente en la cercanía de la superficie del planeta.
6.12 Física: es la ciencia natural que estudia las propiedades y el comportamiento de la energía y la materia, así como al tiempo, el espacio y las interacciones de estos cuatro conceptos entre sí.
6.13 Campo gravitatorio: es un campo de fuerzas que representa la fuerza gravitatoria. El tratamiento que recibe este campo es diferente según las necesidades del problema: -En física
7. Marco conceptual
7.1 La energía: se encuentra en constante trasformación, pasando de unas formas a otras. La energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles.
7.2 Energía térmica: se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura.
7.3 Energía eléctrica: es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético.
7.4 Energía radiante: es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno.
7.5 Energía química: es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.
7.6 Energía nuclear: es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión, ej.: la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores nucleares.
7.7 La Fisión nuclear: consiste en la fragmentación de un núcleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones. Los neutrones que se desprenden en la fisión pueden romper otros núcleos y desencadenar nuevas fisiones en las que se liberan otros neutrones que vuelven a repetir el proceso y así sucesivamente, este proceso se llama reacción en cadena.
7.8 La Fusión nuclear: consiste en la unión de varios núcleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) para formar otro más "pesado" y estable, con gran desprendimiento de energía. Para que los núcleos ligeros se unan, hay que vencer las fuerzas de repulsión que hay entre ellos. Por eso, para iniciar este proceso hay que suministrar energía (estos procesos se suelen producir a temperaturas muy elevadas, de millones de ºC, como en las estrellas.
7.9 Transformación de la energía: la Energía se encuentra en constante transformación, pasando de unas formas a otras. La energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles. Por ejemplo, en un volcán la energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad de calor; las piedras lanzadas al aire y la lava en movimiento poseen energía mecánica; se produce la combustión de muchos materiales, liberando energía química; etc.
7.10 Principio de conservación de la energía: este indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.
7.11 degradación de la energía: unas formas de energía pueden transformarse en otras. En estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica.
Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor, pero, este no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía, son ejemplos:
La energía eléctrica al pasar por una resistencia.
La energía química, en la combustión de algunas sustancias.
La energía mecánica, por choque o por rozamiento.
7.12 fuentes de energía: son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía utilizable en sus actividades.
El origen de casi todas las fuentes de energía es el sol que "recarga los depósitos de energía". Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes
grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados".
7.13 Energía renovable: las fuentes de energía renovables son aquellas que tras ser utilizada, se pueden regenerar de manera natural o artificia.
7.14 Energía no renovable: las fuentes de energia no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneracion.
8. Diseño y funcionamiento
Cortamos un trozo de plástico de botella. Con él debemos fabricar un pequeño tubo cuyo diámetro será el de la pelota más grande. Con cinta adhesiva pegamos el tubo para que no se desarme, y luego pegamos la pelota en un extremo.
Ahora soltamos la pelota más pequeña desde una altura "A" que tu elijas. Observa hasta que altura ha rebotado. Ahora coloca la pelota más pequeña dentro del tubo, y dejamos caer todo desde la misma altura "A". Como podemos notar, la pelota pequeña ha rebotado hasta una altura mucho mayor que cuando cayó sola. ¿Qué ha pasado?
9. Recursos a emplear
Para el experimento necesitaremos de algunos materiales entre estos tenemos:
1 Botella de plástico
Cinta Adhesiva
2 Pelotas saltarinas de goma, una mas pequeña que la otra
Tijeras
Además de estos recursos, utilizaremos algunos agentes externos como ayuda adicional a lo que estaremos realizando para así dar una mayor veracidad, con el debido respaldo tanto científico como experimento.

Datos Prueba 1

m
g
h
m1= 0.7kg
9.8m/s2
0.5m
m2= 1.5kg
9.8m/s2
1m
m3= 0.3kg
9.8m/s2
1.5m
m4= 0.2kg
9.8m/s2
2m
m5= 0.45kg
9.8m/s2
2.5m



Cálculos

m1

Ec=Ep

12×m1×v2= m1×g×h1

12×0.7kg×v2= 0.7kg×9.8m/s2×0.5m

12×0.7kg×v2= 3.43
v=3.4312×0.7kg = 3.13m/s


m2

Ec=Ep

12×m2×v2= m2×g×h2

12×m2×v2= 1.5kg×9.8m/s2×1m

12×m2×v2= 14.7

v=14.712×1.5kg = 4.42m/s




m3

Ec=Ep

12×m3×v2= m3×g×h3

12×0.3kg×v2= 0.3kg×9.8m/s2×1.5m

12×0.3kg×v2= 4.41

v=4.4112×0.3kg = 5.42m/s


m4

Ec=Ep

12×m4×v2= m4×g×h4

12×0.2kg×v2= 0.2kg×9.8m/s2×2m

12×0.2kg×v2= 3.92

v=3.9212×0.2kg = 6.26m/s


m5

Ec=Ep
12×m5×v2= m5×g×h5

12×0.45kg×v2= 0.45kg×9.8m/s2×2.5m

12×0.45kg×v2= 11.025

v=11.02512×0.45kg = 7m/s





Resultados Prueba 1

m
G
h
v
m1=0.7kg
9.8m/s2
0.5m
3.13m/s
m2=1.5kg
9.8m/s2
1m
4.42m/s
m3=0.3kg
9.8m/s2
1.5m
5.42m/s
m4=0.2kg
9.8m/s2
2m
6.26m/s
m5=0.45kg
9.8m/s2
2.5m
7m/s






Conclusiones prueba 1

Con esta primera prueba podemos concluir que a mayor altura de lanzamiento de un

objeto mayor será su velocidad justo antes de tocar el suelo.



Datos Prueba 2
m
G
h
m6= 0.55kg
9.8m/s2
1.8m
m7= 0.9kg
9.8m/s2
1.8m











m7

Ec=Ep

12×m7×v2= m7×g×


12×0.9kg×v2= 0.9kg×9.8m/s2×1.8m

12×m7×v2= 15.876

v=15.87612×0.9kg = 5.93m/s




Resultados Prueba 2
m
g
h
v
m6=0.55kg
9.8m/s2
1.8m
5.93m/s
m7= 0.9kg
9.8m/s2
1.8m
5.93m/s



Conclusiones prueba 2
Mediante esta segunda prueba nos podemos dar cuenta que aunque la masa varié, la velocidad siempre permanecerá constante





Datos generales

m
g
h
v
Ep
Ec
m1= 0.7kg
9.8m/s2
0.5m
3.13m/s
3.43 Joule
3.42 Joule
m2= 1.5kg
9.8m/s2
1m
4.42m/s
14.7 Joule
14.65 Joule
m3= 0.3kg
9.8m/s2
1.5m
5.42m/s
4.43 Joule
4.40 Joule
m4= 0.2kg
9.8m/s2
2m
6.26m/s
3.92 Joule
3.91 Joule
m5= 0.45kg
9.8m/s2
2.5m
7m/s
11.025 Joule
11.02 Joule
m6= 0.55kg
9.8m/s2
1.8m
5.93m/s
9.702 Joule
9.67 Joule
m7= 0.9kg
9.8m/s2
1.8m
5.93m/s
15.87 Joule
15.82 Joule













Energía potencial y energía cinética.
Procedemos a hallar la energía potencial y cinética con las siguientes formulas:

Ep=m×g×h
Ec=12×m×v2
Energía potencial
Ep1=0.7kg×9.8m/s2×0.5m
Ep1= 3.43 Joule
Ep2=1.5Kkg×9.8m/s2×1m
Ep2= 14.7 Joule
Ep3=0.3kg×9.8m/s2×1.5m
Ep3=4.43 Joule
Ep4=0.2kg×9.8m/s2×2m
Ep4= 3.92 Joule
Ep5=0.45kg×9.8m/s2×2.5m
Ep5= 11.025 Joule
Ep6=0.55kg×9.8m/s2×1.8m
Ep6= 9.702 Joule
Ep7=0.9kg×9.8m/s2×1.8m
Ep7= 15.87 Joule
Energía cinética
Ec1= 12×0.7kg×(3.13m/s)2
Ec1= 3.42 Joule
Ec2=12×1.5kg×(4.42m/s)2
Ec2= 14.65 Joule
Ec3=12×0.3kg×(5.42m/s)2
Ec3= 4.40 Joule
Ec4=12×0.2kg×(6.26m/s)2
Ec4= 3.91 Joule
Ec5=12×0.45kg×(7m/s)2
Ec5= 11.02 Joule
Ec6=12×0.55kg×(5.93m/s)2
Ec6= 9.67 Joule
Ec7=12×0.9kg×(5.93m/s)2
Ec7= 15.82 Joule



Conclusiones
Por medio de este experimento claramente existió una transformación de energía, tanto perdida como ganancia de energía por medio del uso de pelotas, y llegamos a la conclusión que no importa la masa del objeto que se deja a caer a determinada altura ya que siempre la velocidad será la misma, lo único que determina la velocidad vendría siendo la altura como tal
11. Bibliografía
http://definicion.de/gravedad/#ixzz30uDUlw7g
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_potencial
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica
https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20091014125826AA1tMpx
http://www.monografias.com/trabajos81/caida-libre/caida-libre.shtml
http://fisicacinematicadinamica.blogspot.com/2009/12/caida-libre.html
http://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Campo_gravitatorio