El documento describe un experimento para demostrar el principio de conservación de la energía mecánica usando una pista de montaña rusa. El experimento involucra medir la velocidad de un carrito en varios puntos de la pista usando fotocompuertas, y calcular su energía cinética y potencial gravitatoria en cada punto. Los resultados muestran que la suma de la energía cinética y potencial se mantiene constante, verificando el principio de conservación de la energía mecánica.

1. CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA
EQUIPOS REQUERIDOS.
Pista de Montaña Rusa (Roller Coaster)
Carro
Masas
Fotocompuertas
Metro
Balanza
OBJETIVOS.
Al finalizar la práctica, el estudiante debe estar en la capacidad de:
* Utilizar el Sistema de Fotocompuerta y el Programa DataStudio para registrar la velocidad del
carrito en diversos puntos de la pista.
* Determinar la Energía Cinética y la Energía Potencial gravitatoria del carrito en diversos
puntos de la pista.
* Demostrar el Principio de Conservación de la Energía Mecánica.
TEORÍA.
La conservación de la energía es un principio fundamental de importancia crucial en la física.
En un sistema pueden distinguirse dos tipos de fuerzas: conservativas y no conservativas. Se
dice que una fuerza es conservativa si el trabajo que efectúa depende únicamente de las
posiciones inicial y final del objeto y no de la trayectoria seguida. La fuerza de gravedad es un
ejemplo de fuerza conservativa. Por su parte, la fricción es un ejemplo de una fuerza no
conservativa, pues su trabajo depende de la trayectoria seguida por el objeto. Las fuerzas
conservativas se distinguen por la posibilidad de almacenar energía a partir de la configuración
de las partes del sistema. La energía almacenada de esta manera es llamada energía potencial.
En el caso de la fuerza de gravedad, la energía capaz de almacenar recibe el nombre de energía
potencial gravitatoria. (Ep)
Ep = mgh
En cualquier sistema aislado de objetos que interactúan por fuerzas conservativas, la energía
puede ser convertida de cinética a potencial y viceversa, pero la suma de estas permanece
constante. La Energía Cinética viene dada por la expresión:
Ec = ½ m V2
Si solamente actúan fuerzas conservativas sobre un cuerpo en movimiento, la suma de la
energía cinética (Ec) y la energía potencial (Ep) permanece constante. La suma de la energía
cinética y la energía potencial de un cuerpo, en un punto dado, se denomina Energía Mecánica
total del cuerpo en dicho punto (EM).
EM = Ec + Ep
Acerca de la Montaña Rusa
La pista de la Montaña Rusa es un accesorio del Sistema PASCO para las prácticas digitalizadas
del Laboratorio de Física. Con este accesorio es posible armar diversas configuraciones de

2. pistas sobre las que pueden desplazarse los carritos. El uso de la Montaña Rusa permite
demostrar interesantes principios físicos, entre ellos el Principio de Conservación de la Energía
Mecánica. La Pista de Montaña Rusa está conformada por tres paneles o láminas de instalación
que tienen varios orificios a través de los cuales pueden insertarse las varillas que a su vez
sirven como elementos de sujeción del riel plástico sobre el cual se desplazarán los carritos.
PARTE I: INSTALACIÓN DE LA PISTA.
1. Realice el montaje de la configuración tipo colina que aparece en la siguiente figura:
Para este montaje debe unir los tres paneles de la montaña rusa, dejando en el medio del panel
más angosto.
2. Coloque las portavarillas en los orificios de los paneles que señala la figura y asegúrelos en la
parte trasera de los paneles con su respectiva arandela.
3. Inserte las varillas azules en los orificios que ya tienen sus portavarillas.
4. Estire el rollo de riel plástico y arme la pista iniciando en la parte terminal de la misma.
5. Inserte los clips en la parte inferior del riel y ajuste cada clip a su varilla correspondiente, de
mod que el riel quede bien asegurado.
6. Coloque el dispositivo de freno en la parte terminal de la pista para que el carro no abandone
el riel.
7. Mida la masa del carro en la balanza.
8. Escoja tres puntos del recorrido donde desee medir la velocidad del carrito. Por ejemplo los
puntos B, C y D. En el punto A la velocidad inicial es cero, ya que el carrito se dejará caer
desde esa posición.
9. En los puntos seleccionados como B, C y D; coloque fotocompuertas para medir las
velocidades. Para ello deberá sustituir las varillas normales por las varillas especiales de
fotocompuertas. Tome en cuenta que la fotocompuerta debe estar perpendicular al riel en el
punto donde desee medirse la velocidad.
Nota: Si usted colocó los paneles sobre el mesón, considere entonces al mesón como su nivel de
referencia o de altura cero (h = 0m).
10. Mida la altura de los puntos A, B, C y D; con respecto al nivel de referencia y registre sus
datos en la siguiente tabla.
Punto del Recorrido A B C D
Altura (m)
11. Coloque el carrito en el punto A, asegúrese que la ruedita de la parte inferior del carro se
inserte en el orificio central del riel. Deje caer el carrito y verifique que realiza su ruta sin
chocar con las fotocompuertas. En caso de choque, realizar los ajustes necesarios.

3. PARTE II: CONFIGURACIÓN DEL COMPUTADOR.
1. Conecte la interface del Scienceworkshop al
computador, encienda la interface y encienda el
computador.
2. Conecte el plug de la fotocompuerta del punto B en
el canal digital 1 de la interface. Conecte el plug de la
fotocompuerta del punto C en el canal digital 2 y
conecte el plug de la fotocompuerta del punto D en el
canal digital 3. De tal forma que las Velocidades en
los canales 1, 2 y 3 sean las velocidades en los puntos
B, C y D respectivamente.
3. En la pantalla principal, haga un click en Data
Studio para abrir el archivo, a continuación aparecen
cuatro opciones, escoja “Crear Experimento” y realice
un doble click.
Puede visualizarse en la pantalla del computador una
fotografía del Scienceworkshop. Haga un click en el
canal digital 1de la línea de canales.
Canales digitales
En la pantalla se despliega una ventana para escoger
el Sensor Digital.
Para esta práctica, seleccione la opción ““Fotopuerta”
y aceptar.

4. Dele un click a “Constantes” y coloque en longitud
del objeto: 0,1 metro (ya que el carrito tiene una
longitud de 10 cm). De un click a “Medidas” y sólo
deje activa la opción “Velocidad en la puerta canal 1”.
A continuación haga un click en Canal Digital 2 de la línea de canales, escoja la opción
fotopuerta. Dele un click a “Constantes” y coloque en longitud del objeto: 0,1 metro. Realice un
click en “Medidas” y sólo deje activa la opción “Velocidad en la puerta canal 2”. Repita el
mismo procedimiento para el Canal Digital 3.
Observe que el ScienceWorckshop tiene 4 canales digitales por lo que es posible medir la
velocidad en otro punto del riel.
PARTE III: TOMA DE DATOS.
• No es necesario calibrar las Fotocompuertas.
1. En la parte inferior del monitor, observe el menú “Pantallas” y haga click en “Medidor
Digital”. Escoja la Opción “Medidor Digital 1”, el cual reportará la Velocidad en la Puerta
Canal 1, que es la Velocidad en el Punto B. Realice otro click en “Medidor Digital” y escoja
“Medidor Digital 2”. Repita el procedimiento para el Medidor Digital 3. Los Medidores
Digitales quedarán superpuestos en la pantalla. Arrastre con el ratón para que pueda observar
los tres de forma simultánea.
2. Inicie la grabación de datos dándole un click al botón de “Inicio” que está en la parte superior
de la pantalla.
3. Coloque el carrito en el punto A, asegúrese que la ruedita de la parte inferior del carro se
inserte en el orificio central del riel. Deje caer el carrito.
4. Detenga el registro de datos justo después que el carrito concluya su ruta, haciendo un click
en el botón “Detener” (que está en el mismo lugar donde antes decía Inicio). No permita que el
carro se regrese por la ruta ya que si no ha detenido el registro de datos, los sensores pueden
detectar otras velocidades.
5. Registre los datos en la tabla.
6. Repita la experiencia anterior pero añadiéndole una masa al carrito y luego añadiéndole dos
masas al carrito.

5. Es decir, usted va a realizar un total de tres corridas. En la primera de ellas, el carro no tiene
masa adicional, en la segunda corrida el carro tiene una masa adicional y en la tercera, el carro
tiene dos masas adicionales. Recuerde medir la masa total del carro para cada una de las
corridas.
Puntos del Recorrido A B C D
Altura (m)
CORRIDA 1. MASA: _______ gr
VELOCIDADES (m/s)
CORRIDA 2. MASA: _______gr
VELOCIDADES (m/s)
CORRIDA 3. MASA: _______gr
VELOCIDADES (m/s)
POST-LABORATORIO
Preguntas:
En base a la Corrida nro. 1, responda las siguientes cinco preguntas:
1. Determine la Energía Potencial Gravitatoria del carrito en el punto A.
2. Determine la Energía Cinética y la Energía Potencial Gravitatoria en el punto C del recorrido.
3. A partir de los datos conocidos en el punto A y aplicando el Principio de Conservación de la
Energía Mecánica, determine el valor de las velocidades en los puntos B, C y D del sistema.
4. ¿Es significativa la variación entre los datos experimentales de las velocidades y los valores
teóricos obtenidos en la respuesta anterior?. Utilice el error porcentual.
5. ¿Qué Energía Cinética y qué Energía Potencial Gravitatoria tendrá el carrito cuando pase por
un punto que esté a la mitad de la altura del punto A?
6. ¿Varió la velocidad del carrito en los diferentes puntos de la pista, a medida que se
aumentaba la masa?. Explique.
7. ¿Tendrá modificación la Energía Cinética y la Energía Potencial Gravitatoria del carrito en
los diferentes puntos de la pista, a medida que aumenta la masa?. Explique.