!!!!! PREGUNTAS ¡¡¡¡¡ Energía Potencial

Responda las preguntas de la 1 a la 10 de acuerdo con la siguiente información.

En un sistema físico, la energía potencial es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra  o .

La energía potencial puede presentarse como energía potencial gravitatoria, energía potencial electrostática, y energía potencial elástica.

Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

1 -¿Cuál es la relación que permite obtener la energía cinética traslacional de un objeto?

R.-La relación que permite obtener la energía cinética traslacional esK=1/2mv², donde m es la masa del cuerpo en movimiento y v es la velocidad a la que el cuerpo en movimiento se traslada.

2-¿Qué es energía potencial?

R.-La energía potencial de un cuerpo se define como la energía que es capaz de generar un trabajo como consecuencia de la posición del mismo. Este concepto indica que cuando un cuerpo se mueve con relación a cierto nivel de referencia puede acumular energía. Un caso típico es la energía potencial gravitacional la cual se evidencia al levantar un cuerpo a cierta altura, si lo soltamos, la energía potencial gravitacional se liberará convirtiéndose en energía cinética al caer.

3-¿En qué unidades se expresan las energías cinética y potencial?

R.-Tanto la energía potencial como la energía cinética tienen la misma unidad que es el joule.

4-¿Qué tipo de energía posee la gasolina?¿Cómo podrías relacionarla con el movimiento de un vehículo que la utiliza?

R.-La gasolina es un cuerpo que posee energía potencial química.

La energía potencial química puede ser asociada al movimiento de un vehículo al notar que la energía potencial química es transformada en energía cinética a través del proceso de combustión interna. Por supuesto, esto se traduce en el movimiento del automóvil.

5-Explica cómo el trabajo que se efectúa sobre un objeto se convierte en energía potencial gravitacional

R.-Si desplazamos un cuerpo en contra de la dirección del campo gravitacional estaremos efectuando trabajo. Es decir, T=F·d. En esa ecuación "F" es la fuerza necesaria para subir el cuerpo y "d" es la distancia a la que se subió el objeto. Para hacerlo más sencillo debemos recordar que F=m·a, donde a es la aceleración de gravedad "g". Es decir F=m·g. Sustituyendo esa expresión en la ecuación de trabajo tendremos T=F·d, T=(m·g)d, T=m·g·d. Pero la distancia "d" vendrá a ser la altura "h", luego T=m·g·h.

6-¿La energía potencial puede presentarse como energía potencial gravitatoria?

R.- Cuando se realiza cualquier actividad, la energía que perdemos es transmitida a otros objetos. Por eso se dice que la energía nunca se pierde, sino que se transforma.

7-la energía potencial es energía que mide la capacidad del sistema para realizar trabajo en función de su posición?

R.- En un sistema físico, la energía potencial es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración

8- La energía potencial puede presentarse como energía potencial electrostática.

R.- En su nuevo estado ambos cuerpos disponen de una capacidad para procudir cambios en otros. Han adquirido en el proceso correspondiente una cierta cantidad de energía que puede ser liberada tan pronto como se den las condiciones adecuadas.

9- En que se representa la energía mecánica

R.-  puede presentarse bajo dos formas diferentes según esté asociada a los cambios de posición o a los cambios de velocidad.   La forma de energía asociada a los cambios de posición recibe el nombre de energía potencial.

10-El trabajo de una fuerza conservativa a lo largo de un camino cerrado es cero.

R.- Un fuerza es conservativa cuando el trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre los valores inicial y final de una función que solo depende de las coordenadas. A dicha función se le denomina energía potencial.

Responda las preguntas de la 11 a la 20 de acuerdo con la siguiente información.

Energía almacenada que posee un sistema como resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, si se mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por la pelota y la Tierra tiene una determinada energía potencial; si se eleva más la pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Otros ejemplos de sistemas con energía potencial son una cinta elástica estirada o dos imanes que se mantienen apretados de forma que se toquen los polos iguales.

Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para levantar una pelota del suelo, estirar una cinta elástica o juntar dos imanes por sus polos iguales. De hecho, la cantidad de energía potencial que posee un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en cierta configuración. La energía potencial también puede transformarse en otras formas de energía. Por ejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la energía potencial se transforma en energía cinética.

11.-  Se calcula la energía potencial de un cuerpo cuya masa es de 400 gramos y se encuentra a una altura de 8 metros.

Primero es conveniente convertir los gramos en kilos. M = 0,4 Kilogramos. Para obtener la energía en joule.

Energía Potencial = m.g.h  (masa por gravedad por altura).

Energía Potencial = 0,4 kgs . 9,8 m/seg2. 8m

Energía Potencial = 31,36 j.

12.-Se calcula la velocidad con la que cae el cuerpo un instante antes de tocar el suelo.

En el momento en que llega al suelo, el cuerpo ha perdido toda la energía potencial ya que no tiene altura desde el suelo que es el punto de referencia. Pero como la energía mecánica debe mantenerse constante se deduce que toda esa energía potencial ha de transformarse en energía cinética. Por lo tanto la energía potencial en el punto más alto es igual a la energía cinética del punto más bajo. Esta igualdad no la podemos hacer en casi ningún punto intermedio.

Energía Potencial = Energía Cinética.    Energía Cinética = ½ m.v2 (la mitad del producto entre la masa y el cuadrado de la velocidad).

Energía Cinética = 31,36 j.   

31,36 = ½ . 0,4 Kgs. v2.  De esta expresión debemos despejar la velocidad.

V2 = 2 . 31,36 j/0,4kgs.  Luego el cuadrado lo pasamos como raíz cuadrada y calculamos la velocidad.

V = 12,52 m/seg. (metros sobre segundo).

13.-  Se calcula la energía Cinética de un cuerpo que marcha a una velocidad de 12 m/seg y tiene una masa de 4 kgs.

Energía Cinética = 1/2 m.V2

Energía Cinética = 1/2 . 4kgs . (12m/seg)2

Energía Cinética = 288 j. (Joules).

14.-qué tiene más energía potencial, una roca a media montaña o en la cima?

en al cima pk la fuerza k se le aplique le dará mayor velocidad, por su masa la gravedad y la altura.

15.-una pala que esta arriba de la mesa y cae al suelo, tiene menos EP que una que cae desde el techo.

 R/ la GRAVEDAD es la misma la MASA de la pala es la misma pero al ser mayor la ALTURA mayor será la EP

16.-El agua sube, acumulando energía potencial, baja a una gran velocidad por tuberías, energía cinética.

R/  Mueves las turbinas generando energía magnética, y con un generador se transforma en energía eléctrica, que luego se utiliza para que vos estés en este momento al frente de la computadora.

17.- un pesado ladrillo sostenido en alto tiene energia potencial debido a su posición en relación al suelo. 

R/ Tiene la capacidad de efectuar trabajo porque si se suelta caerá al piso debido a la fuerza de gravedad, pudiendo efectuar trabajo sobre otro objeto que se interponga en su caída.

18.- Cuando se sostiene un objeto en cierta altura, este no tiene movimiento; pero si se cae, la caída se debe a la fuerza de 

atracción de la gravedad.

R/  La velocidad con el que el objeto llega al

suelo depende de la altura de donde el objeto se suelta, si esta es

pequeña, la velocidad también lo será, pero si es grande la

velocidad también lo será.

19.-  Una piedra colocada a 3 metros de altura adquirirá mas velocidad cuando se deje caer que una ubicada a un metro. 

R/ Nosotros escogimos este experimento por que queremos que 

es la mejor manera de mostrar la energía cinética y potencial de un 

objeto, como en este caso la pelota. Es fácil de mostrar y de 

entender cuando es que la pelota esta en energía cinética y

potencial, y que pasaría si  tuviera un obstáculo en su eje.  

Material

20.- Es la energía de todo cuerpo inmóvil, por el hecho de estar ocupando una posición que le permita efectuar un trabajo en determinado momento.

 R/ Que cuerpos tienen este tipo de energía?: 

Un resorte, un arco para lanzar flechas, una piedra.

BIENVENIDOS...

CAIDA LIBRE

El movimiento de caída libre de los cuerpos es aquél que sólo se ve afectado por la fuerzas de la gravedad. Si bien, también se habla de caída libre en lo casos de movimiento con distorsión del espacio y el tiempo debidos a la energía gravitacional.



Cuando se emplea el término objeto en caída libre se incluye ,tanto el soltar como el lanzar hacia arriba o hacia abajo el objeto.
 Cualquier objeto que cae libremente tiene una aceleración dirigida hacia abajo, independientemente del movimiento inicial del objeto. La magnitud de esta aceleración de caída libre se denota con el símbolo g, cuyo valor varía ligeramente con la altura y con la latitud.
 En la cercanía de la superficie de la Tierra el valor de g es aproximadamente 9,8 m/s².
Ahora, la causa de esta aceleración fue encontrada por Newton, quien estableció en su ley de Gravitación Universal que las masas se atraen en proporción directa al producto de sus masas e inversamente a su separación al cuadrado. Es la masa de la Tierra la que origina esta aceleración de 9,8 m/s² en su superficie.
La caída libre es un ejemplo común de movimiento uniforme-mente acelerado, con una aceleración a = -9,8 m/s². El signo menos indica que la aceleración está dirigida en sentido contrario
al eje en dirección vertical (eje apuntando verticalmente hacia arriba). Si se escoge el eje vertical en dirección hacia la Tierra, la aceleración se toma como a = +9,8 m/s².
Las ecuaciones cinemáticas para el movimiento en una línea  recta bajo la aceleración de gravedad son las mismas que para cualquier movimiento con aceleración constante:

El subíndice i denota cantidades iniciales, g la aceleración de gravedad y t, el tiempo.


Ejemplo:

Desde un avión fue arrojado un cuerpo con una velocidad de 3.5 mIs, calcular el tiempo y la velocidad que alcanzó al caer 0.8 km.

Primero se calcula la velocidad con la siguiente fórmula.

v² = v ²_i+ 2 gd = (3.5m/s)² + 2(9.8m/s²)(800m)

v = raí z  15,698.25 m²/s² = 125.29 m/s

Ahora calculamos el tiempo.

v = v_i + gt

t= v-v_i / g = 125.29 m/s - 3.5 m/s / 9.8 m/s²= 12.42 s

Imagen: 

MOVIMIENTO SEMI-PARABOLICO

En este caso se manejan los dos tipos de movimiento, se hace la descomposición del movimiento en sus partes horizontal y vertical y el tiempo de caída será la variable que relaciona los dos movimientos.

MOV. SEMIPARABOLICO MOVIMIENTO PARABOLICO
DESCOMPOSICION DE LA VELOCIDAD  EN  SUS COMPONENETES  HORIZONTAL  VoX  Y VERTICAL VoY

Cuestionamiento:

El problema plantea un movimiento inicial horizontal, que está sometido luego a caída libre, se tiene que:

Vo = Vox = Vfx = Vx   (Movimiento rectilíneo uniforme).

Voy = 0

Vfy: se calcula con las ecuaciones (10) o (11) dependiendo si se suministra el tiempo de caída o la altura desde la que cae.  

 La velocidad final del cuerpo es:

            "17"                  

El ángulo con que cae el cuerpo se puede estimar de:

            "18"                  

MOVIMIENTO PARABOLICO

Cuando un objeto es lanzado con cierta inclinación respecto a la horizontal y bajo la acción solamente de la fuerza gravitatoria su trayectoria se mantiene en el plano vertical y es parabólica.


Nótese que estamos solamente tratando el caso partícular en que factores como la resistencia del aire, la rotación de la Tierra, etc., no introducen afectaciones apreciables. Vamos a considerar también que durante todo el recorrido la aceleración debido a la gravedad ( g ) permanece constante y que el movimiento es sólo de traslación.
Para facilitar el estudio del movimiento de un proyectil, frecuentemente este se descompone en las direcciones horizontal y vertical. En la dirección horizontal el movimiento del proyectil es rectilíneo y uniforme ya que en esa dirección la acción de la gravedad es nula y consecuente, la aceleración también lo es. En la dirección vertical, sobre el proyectil actúa la fuerza de gravedad que hace que el movimientosea rectilíneo uniformemente acelerado, con aceleración constante.
Sea un proyectil lanzado desde un cañón. Si elegimos un sistema de referencia de modo que la dirección Y sea        vertical y positiva hacia arriba, a y = - g y a x = 0. Además suponga que el instante t = 0, el proyectil deja de origen (X i = Y i = 0) con una velocidad Vi.





Si Vi hace un ángulo qi con la horizontal, a partir de las definiciones de las funciones sen y cos se obtiene:





Vxi = Vi cos θ
Vyi = Vi sen θi
Como el movimiento de proyectiles es bi-dimencional, donde ax = 0 y ay = -g, o sea con aceleración constante, obtenemos las componentes de la velocidad y las coordenadas del proyectil en cualquier instante t, con ayuda de las ecuaciones ya utilizadas para el M.R.U.A. Expresando estas en función de las proyecciones tenemos:
X = Vxit = Vi cos θi t
y = Vyi t + ½ at2
Vyf = Vyi + at
2ay = Vyf2 - Vyi2
Si un proyectil es lanzado horizontalmente desde cierta altura inicial, el movimiento es semi-parabólico
          
 


Las ecuaciones del movimiento considerando Vyi = 0 serían:
X = Vxi t
y = yo - ½ gt2
Recomendamos la realización de la práctica virtual Movimiento bajo la aceleración constante de la gravedad, donde se puede estudiar tanto el movimiento parabólico como el semi-parabólico.
Combinando las ecuaciones arriba explicadas para el movimiento parabólico podemos algunas obtener ecuaciones útiles:
- Altura máxima que alcanza un proyectil:





- Tiempo de vuelo del proyectil:





- Alcance del proyectil :