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“Año del Bicentenario, de la consolidación de nuestra Independencia, y de la“Año del Bicentenario, de la consolidación de nuestra Independencia, y de la
conmemoracióconmemoración de lasn de las heroicas batallas de Junín y Ayacucho”heroicas batallas de Junín y Ayacucho”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO-PUNOUNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO-PUNO
Facultad de Ingeniería Civil y ArquitecturaFacultad de Ingeniería Civil y Arquitectura Escuela Profesional de Ingeniería CivilEscuela Profesional de Ingeniería Civil
INFORME DE LABORATORIO N.º 03 FICA / EPICINFORME DE LABORATORIO N.º 03 FICA / EPIC
DDEELL :: MMaammaannii LLaarriiccoo JJooeell EEddwwiinn
ASUNTOASUNTO :: TEOREMATEOREMA DEDE TRABAJOTRABAJO YY ENERGIAENERGIA
FFEECCHHAA :: 1 18 8// 0 06 6//2 2002244
NNOOTTAA ::
Yo Mamani Larico Joel Edwin ,Yo Mamani Larico Joel Edwin , cumplo con informar el ensayo de laboratoriocumplo con informar el ensayo de laboratorio
realizado en día martes 04/ 06 / 2024 en el laboratorio del pabellón de sica,realizado en día martes 04/ 06 / 2024 en el laboratorio del pabellón de sica,
dedesasarrrrolollalandndoo elel tetemama TETEOROREMEMAA DEDE TRATRABABAJOJO YY ENENERERGIGIAA,, eell ccuuaall ddeettaalllloo aa
conconnunuaciaciónón enen laslas sigsiguieuiententess hojhojas,as, queque haghagoo alcalcancancee parparaa susu conconsidsideraeracióciónn yy
evaluación.evaluación.
__________________________________
Firma del estudianteFirma del estudiante
EXPERIMENTO 03EXPERIMENTO 03
TEOREMA DE TRABAJO Y ENERGIATEOREMA DE TRABAJO Y ENERGIA
1 1.. RREESSUUMMEENN
El Teorema de Trabajo y Energía dice que el trabajo que hacemos sobre unEl Teorema de Trabajo y Energía dice que el trabajo que hacemos sobre un objeto hace que su velocidad cambie. Si aplicamos una fuerza y el objeto seobjeto hace que su velocidad cambie. Si aplicamos una fuerza y el objeto se mueve, ese trabajo se convierte en la energía que tiene por moverse.mueve, ese trabajo se convierte en la energía que tiene por moverse. TrabajoTrabajo==CambioCambio enen velocidadvelocidad
Esto es útil porque nos ayuda a entender cómo la fuerza y el movimiento de unEsto es útil porque nos ayuda a entender cómo la fuerza y el movimiento de un objeto están relacionados. Por ejemplo, si sabemos cuánta fuerza aplicamos yobjeto están relacionados. Por ejemplo, si sabemos cuánta fuerza aplicamos y cuánto se mueve el objeto, podemos calcular qué tan rápido se mueve al final sincuánto se mueve el objeto, podemos calcular qué tan rápido se mueve al final sin tener que saber todos los detalles del movimiento.tener que saber todos los detalles del movimiento.
2.2. OBJETIVOSOBJETIVOS
Comprobar el modelo teórico del teorema de trabajo y energía.Comprobar el modelo teórico del teorema de trabajo y energía. Encontrar los gráficos adecuados de la variación de la energía cinética y delEncontrar los gráficos adecuados de la variación de la energía cinética y del trabajo total.trabajo total.
3.3. FUFUNDNDAMAMENENTOTO TETEÓRÓRICICOO
Para que un objeto con masa, m, que experimenta una fuerza neta constantePara que un objeto con masa, m, que experimenta una fuerza neta constante durante un desplazamientodurante un desplazamiento ΔxΔx==^ xx^ FF −−^ xx 00 paralela a la fuerza neta (véase la Figuraparalela a la fuerza neta (véase la Figura 1), el trabajo total realizado es1), el trabajo total realizado es
Figura 1 Fuerza constante queFigura 1 Fuerza constante que se desplaza un objetose desplaza un objeto
Figura 2Trabajo es el área bajo la curvaFigura 2Trabajo es el área bajo la curva
5.5. CoConenectactarr el sensel sensor de fueror de fuerza yza y el sensel sensor deor de momovivimimienento ato a loloss pupuertertosos Pasport del Interfaz universal 850. 6.Pasport del Interfaz universal 850. 6. 6.6. AdjuAdjunta el Panta el Pascar al gascar al gancho dncho del Sensoel Sensor de fuerr de fuerza con lza con la cuerdaa cuerda elásticaelástica aa través del agujero en el tope de extremo.través del agujero en el tope de extremo.
7.7. Una el oUna el otro exttro extremo deremo de la cuerdla cuerda elástica elástica al orifia al orificio supcio superior enerior en el Pascael Pascarr de manera que exista alrededor de 120 cm de cuerda entre el sensor dede manera que exista alrededor de 120 cm de cuerda entre el sensor de fuerza y el coche (el coche, no el émbolo). Fijar el final de la Pascar confuerza y el coche (el coche, no el émbolo). Fijar el final de la Pascar con el émbolo y asegúrese de que el émbolo está fuera.el émbolo y asegúrese de que el émbolo está fuera.
CONFIGURACION DEL SOFTWARE PASCO CAPSTONE:CONFIGURACION DEL SOFTWARE PASCO CAPSTONE:
1.1. MeMedidir lr la ma masaasa dedel Pl Pascascarar.. 2.2. IngIngresaresar alr al proprogragrama Pma Pascoasco CapCapstostone.ne. 3.3. VerVerifiifique si los sensoque si los sensores estáres están conecn conectadtados ubicos ubicándándose sobose sobre lare la opcopciónión configuración de hadware (Hadware Setup).configuración de hadware (Hadware Setup). 4.4. Ir a la oIr a la opciónpción "Calcu"Calculadorladora" (Calca" (Calculatorulator) para d) para declarar leclarar la variaa variable eneble energiargia cinética (Ec).cinética (Ec). 5.5. GenerGenerar cuatrar cuatro gráfio gráficos selcos seleccioneccionando lando la opcia opción graón grafico (Gfico (Graph)raph)..
6.6. En el primEn el primer gráfier gráfico, hacco, hacer click en la opcier click en la opción "Selón "Seleccieccionaonar Medicr Mediciónión"" (Selec(Select Measurementt Measurement) en) en el ejeel eje "Y" y seleccionar la opción fuerza, en el"Y" y seleccionar la opción fuerza, en el eje "X" seleccionar la opción posición respectivamente.eje "X" seleccionar la opción posición respectivamente. 7.7. En el seguEn el segundo grndo gráficáfico, haceo, hacer click en la opciór click en la opción "Selen "Seleccioccionar Mednar Medicióición"n" (Se(Seleclectt MeasMeasureuremenment)t) enen elel ejeeje "Y""Y" yy seleseleccioccionarnar lala opcopción energíión energíaa cciinnététiiccaa (E(Ecc),), eenn elel eejjee ""XX"" sseellececcciioonnarar llaa ooppcciióónn ppoossiiccióiónn respectivamente.respectivamente. 8.8. En elEn el tetercercerr grgráfiáficoco,, hahacecerr clclick enick en lala opopcióciónn "S"Selelecceccioionanarr MeMedidiciciónón"" (Selec(Selectt MeasurMeasurement) en element) en el eje "Y"eje "Y" y seleccionar lay seleccionar la opcióopción posición, enn posición, en el eje "X" seleccionar la opción tiempo respectivamente.el eje "X" seleccionar la opción tiempo respectivamente. 9.9. En el cuarEn el cuarto gráfto gráficoico, hacer cli, hacer click en la opcióck en la opción "Selen "Seleccioccionar Mednar Mediciición"ón" (Select Measurement) en el eje "Y" y seleccionar la opción velocidad, en(Select Measurement) en el eje "Y" y seleccionar la opción velocidad, en el eje "X" seleccionar la opción tiempo respectivamente.el eje "X" seleccionar la opción tiempo respectivamente.
10.10. Seleccione la frecuencia del sensor dSeleccione la frecuencia del sensor de fuerza de 100Hze fuerza de 100Hz a 150Hz.a 150Hz. 11.11. Vaya aVaya a la opción dela opción de "Con"Condiciondiciones dees de grabagrabado" (Recordido" (Recording Conditing Conditions),ons),
configure la posición inicial donde iniciará a tomar datos y la posiciónconfigure la posición inicial donde iniciará a tomar datos y la posiciónfinal donde finalizará el grabado.final donde finalizará el grabado.
TOMA DE DATOS:TOMA DE DATOS:
1.1. AArrrrasastrtrarar elel papascscarar aa uunana ddisistatancnciaia ddee 3c3cmm aa 110 0cmcm dedell sesensnsoror ddee movimiento, soltar y en ese instante hacer click en el botón "grabar"movimiento, soltar y en ese instante hacer click en el botón "grabar" (Record) del programa Capstone.(Record) del programa Capstone. 2.2. TomaTomar losr los datosdatos de lode los gráfs gráficos dicos del trabel trabajo yajo y energenergía cinía cinética.ética. 3.3. AnoAnotar ltar los dos datoatos en ls en la taba tabla 1 yla 1 y tabtabla 2la 2..
Tabla 1Tabla 1
SSee ttuuvvoo uunnaa ccaappttuurara ddeell exexppeerriimmeennttoo 002 2,, llaa ggrrááfificcaa ppeerrssoonnalal..
Según la gráfica tiene un cambio de aceleración. Pongo esta grafica ya queSegún la gráfica tiene un cambio de aceleración. Pongo esta grafica ya que no se obtuvo la variación de tiempo, sin embargo, si se podría, por falta deno se obtuvo la variación de tiempo, sin embargo, si se podría, por falta de datos experimentales (Como el tiempo) no se completara a graficas. Losdatos experimentales (Como el tiempo) no se completara a graficas. Los demás experimentos también son semejantes.demás experimentos también son semejantes.
Gráfico velocidad vs. tiempo.Gráfico velocidad vs. tiempo.
PoPorr falfaltata dede dadatotoss exexpeperirimementntalaleses (C(Comomoo elel titiemempopo,, vevelolocicidadad)d) nono sese completar las graficascompletar las graficas
4.4. ConConsidsideraerando la pregundo la pregunta antenta anteriorior, deterr, determinminee las ecualas ecuaciociones de posicines de posición yón y vevelolocicidadadd enen fufuncncióiónn dedell tietiempmpo,o, rerecucuererdede ququee sese dedebebe coconsnsidideraerarr elel desfasaje.desfasaje.
En esta oportunidad solo se obtuvo los valores requeridos en las tablas, queEn esta oportunidad solo se obtuvo los valores requeridos en las tablas, que nono sosonn susuficficieientntes,es, paparara dedetertermiminanarr lalass ececuauacicionones,es, fufuee unun ererrororr dedell experimentados obviar algunos datos que más después se podía utilizar enexperimentados obviar algunos datos que más después se podía utilizar en cuestionario. Además, como la aceleración varia, se tendría otras ecuacionescuestionario. Además, como la aceleración varia, se tendría otras ecuaciones cuando se tendría la aceleración constante.cuando se tendría la aceleración constante.
5.5. Si estáSi estáss trtrataatandndoo de detede determrmininar elar el tratrababajo realjo realizizadado, ¿poo, ¿porr ququéé crcrees queees que queremos ver una gráfica de Fuerza vs. Posición?queremos ver una gráfica de Fuerza vs. Posición?
Queremos ver una gráfica de Fuerza vs. Posición porque el área bajo la curvaQueremos ver una gráfica de Fuerza vs. Posición porque el área bajo la curva representa el trabajo realizado. Esto se puede calcular con la integral de larepresenta el trabajo realizado. Esto se puede calcular con la integral de la fuerza respecto a la posición. Y los cálculos son las exactos, que con lasfuerza respecto a la posición. Y los cálculos son las exactos, que con las formulas.formulas.
6.6. ¿Cuále¿Cuáles son ots son otras formras formas de eneas de energía mecrgía mecánica? ¿Pánica? ¿Por qué cor qué crees querees que podempodemosos ignorar estas otras formas de energía en este experimento?ignorar estas otras formas de energía en este experimento?
Se puede encontrar en la vida real como la Energía potencial gravitatoria: LaSe puede encontrar en la vida real como la Energía potencial gravitatoria: La energía debido a la altura que se tiene con la siguiente formula (energía debido a la altura que se tiene con la siguiente formula ( UU^ ==mghmgh).). Otra seria Energía potencial elástica su característica es que la energía en unOtra seria Energía potencial elástica su característica es que la energía en un resorte comprimido o estirado (resorte comprimido o estirado (UU^ ==^11 22
k xk x^22 ), estas energías podemos ignorar), estas energías podemos ignorar
estas energías si el objeto se mueve en una superficie plana (la energíaestas energías si el objeto se mueve en una superficie plana (la energía gravitatoria no cambia o también cuando no hay resortes o deformacionesgravitatoria no cambia o también cuando no hay resortes o deformaciones elásticas en el experimento.elásticas en el experimento.
7.7. ¿Se ha¿Se ha conconservservado laado la eneenergírgíaa mecmecániánica, duraca, durante elnte el expexperimerimentento? Explo? Expliquiquee dos ejemplos de fuerzas conservativas.dos ejemplos de fuerzas conservativas. SeSe coconsnserervavann cucuanandodo lalass enenerergígíasas memecacaninicecenn sisi vavaríríanan,, enen nunuesestrtroo experimento hubo en los 4 primeros experimentos un error menor a 4% queexperimento hubo en los 4 primeros experimentos un error menor a 4% que es aceptable, y se nota que no se conserva la energía ya que se tiene perdidaes aceptable, y se nota que no se conserva la energía ya que se tiene perdida gracias la fricción mínima que se explicó anteriormente.gracias la fricción mínima que se explicó anteriormente.
8.8. AnalicAnalice dos sie dos situaciotuaciones aplnes aplicadas aicadas a su prosu programa dgrama de estude estudios soios sobre el tebre el teoremaorema de trabajo y energía.de trabajo y energía. En ingeniería civil, entender el teorema de trabajo y energía es clave paraEn ingeniería civil, entender el teorema de trabajo y energía es clave para saber cómo las estructuras y materiales responden a diferentes cargas ysaber cómo las estructuras y materiales responden a diferentes cargas y fuerzas. Se tiene dos ejemplos:fuerzas. Se tiene dos ejemplos:
Diseño de puentes:Diseño de puentes:
Cuando se diseña un puente, los ingenieros civiles deben pensar en lasCuando se diseña un puente, los ingenieros civiles deben pensar en las fuerzas y momentos que actúan sobre él. Una de las cosas más importantesfuerzas y momentos que actúan sobre él. Una de las cosas más importantes es cómo sees cómo se distribdistribuye eluye el peso de lospeso de los vehícuvehículos ylos y cómo estas fuerzas afectancómo estas fuerzas afectan la energía cinética y potencial en diferentes partes del puente. Aplicación della energía cinética y potencial en diferentes partes del puente. Aplicación del Teorema de Trabajo y Energía: Cuando un vehículo cruza el puente, realizaTeorema de Trabajo y Energía: Cuando un vehículo cruza el puente, realiza trabajo contrabajo contra latra la fuerza de lafuerza de la gravedgravedad yad y otras fuerzas como la fricción. Losotras fuerzas como la fricción. Los iningegeninieroeross dedebebenn asasegegururararsese dede ququee lala enenergergíaía memecáncánicaica (c(cininététicaica yy potencial)potencial) sese conserveconserve parapara queque elel puentepuente puedapueda soportarsoportar estasestas fuerzasfuerzas sinsin dañarse. Este análisis ayuda a determinar las cargas máximas que el puentedañarse. Este análisis ayuda a determinar las cargas máximas que el puente puede soportar sin fallar.puede soportar sin fallar.
Construcción de edificios resistentes a terremotos:Construcción de edificios resistentes a terremotos:
EnEn zonzonasas dondondede hayhay terterremoremotostos,, loslos ediedificificiosos debdebenen serser disdiseñaeñadosdos parparaa resistir las fuerzas generadas por estos sismos. Estas fuerzas pueden serresistir las fuerzas generadas por estos sismos. Estas fuerzas pueden ser analizadas usando el teorema de trabajo y energía para entender cómo laanalizadas usando el teorema de trabajo y energía para entender cómo la enenerergígíaa sese trtranansfisfiereree yy sese didisipsipaa enen elel ededifiificiocio duduranrantete unun terterreremomototo.. Aplicación del Teorema de Trabajo y Energía: Durante un terremoto, laAplicación del Teorema de Trabajo y Energía: Durante un terremoto, la energía sísmica hace trabajo sobre la estructura del edificio. Los ingenierosenergía sísmica hace trabajo sobre la estructura del edificio. Los ingenieros
