Reto de física: conservación de la energía

Desliza el dibujo para ver toda la maqueta.

Ingresa las medidas de tu maqueta

Escribe las cotas de tu prototipo en el registro de medidas y pulsa “Probar en simulador” para ver el movimiento del carrito.

Meta: ≤ 30.0 cm

Condición: no caer de la plataforma

Tiempo, t

0.00s

Posición, x

0.00m

Altura, y

0.00m

Velocidad, v

0.00m/s

Aceleración, a

0.00m/s²

Distancia de frenado

-cm

Reparto de la energía

Potencial, E_p

0.000 J

Cinética, E_k

0.000 J

Disipada, Q

0.000 J

Medidas de tu maqueta

Usa metros, kilogramos y grados.

1Péndulo balístico

Masa de la esfera, mpEj. 0.05 kg = 50 g

Longitud del hilo, LpEj. 0.15 m = 15 cm

Ángulo de liberación, θ0Entre 10° y 60°

grados

2Carrito y choque

Masa del carrito, mcEj. 0.035 kg = 35 g

Coeficiente de restitución, eDe 0.0 a 1.0 (ej. 0.90)

–

3Geometría de la maqueta

Altura de la mesa, y1Ej. 0.25 m = 25 cm

Tramo en la mesa, x1Antes del tubo (0.15 a 0.30 m)

Inclinación del tubo, α1Bajada, entre 10° y 60°

grados

Pista plana, x3Tramo en el suelo (0.5 a 1.0 m)

Altura de la rampa, y2Ej. 0.10 m = 10 cm

Inclinación de la rampa, α2Subida, ej. 15° o 20°

grados

Longitud de la plataforma, x5Al menos 0.30 m para no caer

4Rozamiento

Fricción de rodadura, μrTubo, piso y rampa (ej. 0.025)

–

Banda de frenado, μ5Plataforma superior (ej. 0.40)

–

Cuaderno de trabajo

Fórmulas simbólicas de cada etapa. Escribe tu resultado y compruébalo.

1Péndulo balístico

Conservación de la energía mecánica en la oscilación

Determina el desnivel de caída hp y la rapidez vp,1 de la esfera justo antes de chocar con el carrito.

h p = L p \cdot ( 1 - cos θ 0)

v p,1 = \sqrt 2 \cdot g \cdot h p = \sqrt 2 \cdot g \cdot L p \cdot ( 1 - cos θ 0)

Tu cálculo

Rapidez vp,1 m/s

2Choque balístico

Transferencia de momento lineal en el impacto

Calcula la rapidez vc,2 que adquiere el carrito tras el impacto y la energía que recibe.

v c,2 = ( 1 + e) \cdot m p m p + m c \cdot v p,1

E k,c2 = 12 \cdot m c \cdot (v c,2) 2

Tu cálculo

Rapidez vc,2 m/s

3Tubo inclinado

Descenso y aceleración dentro del tubo

El carrito avanza x1 sobre la mesa y baja una altura y1 por el tubo inclinado α1.

x 2 = y 1 tan α 1

v piso = \sqrt (v in) 2 + 2 \cdot g \cdot (y 1 - μ r \cdot x 2)

Tu cálculo

Rapidez al salir del tubo, vpiso m/s

4Pista plana

Pérdida por rodadura en el suelo (y = 0)

El carrito recorre la pista recta de longitud x3 hasta la base de la rampa.

v rampa = \sqrt (v piso) 2 - 2 \cdot μ r \cdot g \cdot x 3

Tu cálculo

Rapidez al pie de la rampa, vrampa m/s

5Rampa de subida

De energía cinética a potencial gravitatoria

Comprueba si el carrito supera el desnivel y2 y calcula su rapidez al llegar arriba.

x 4 = y 2 tan α 2

v sup = \sqrt (v rampa) 2 - 2 \cdot g \cdot (y 2 + μ r \cdot x 4)

Tu cálculo

Rapidez en la cima, vsup m/s

6Frenado en la meta

Condición de parada: dfrenado ≤ 30 cm sin caer

Calcula la distancia en la que la banda de fricción μ5 detiene al carrito.

a freno = - μ 5 \cdot g

d frenado = (v sup) 2 2 \cdot μ 5 \cdot g

Tu cálculo final del reto

Distancia de frenado, dfrenado cm

Ecuación de diseño

Una sola relación para calibrar tu maqueta

Esta fórmula une todas las medidas de tu maqueta con la distancia final de frenado:

d frenado = 1 μ 5 \cdot [ ((1 + e) \cdot m p m p + m c) 2 \cdot L p \cdot ( 1 - cos θ 0) 2 + (y 1 - y 2) - μ r \cdot (x 1 + x 2 + x 3 + x 4) ]

Cómo calibrar tu prototipo: fija la distancia deseada en d = 25 cm (margen seguro bajo 30 cm) y despeja el ángulo θ0 al que debes soltar el péndulo.

¿Listo para entregar tu reporte?

Imprime tu hoja de laboratorio con las medidas de tu maqueta, el dibujo a escala y tus resultados comprobados.

Simulación

Medidas de tu maqueta

Cuaderno de trabajo

Conservación de la energía mecánica en la oscilación

Transferencia de momento lineal en el impacto

Descenso y aceleración dentro del tubo

Pérdida por rodadura en el suelo (y = 0)

De energía cinética a potencial gravitatoria

Condición de parada: dfrenado ≤ 30 cm sin caer

Una sola relación para calibrar tu maqueta

¿Listo para entregar tu reporte?