Energía Cinética y Potencial.
Se define como energía la capacidad que tiene un sistema para desarrollar un trabajo. Esta capacidad puede estar dada por posición del sistema o por velocidad de sus masas.
Energía del primer tipo la poseen un trozo de hierro próximo a un imán, una roca elevada sobre el nivel del suelo y una masa situada al extremo de un resorte comprimido. A este tipo de energía se le denomina potencial y acostumbra estar designada por la letra mayúscula U.
La capacidad de producir trabajo debida al movimiento de una masa o de las masas de un sistema de denomina energía cinética.
Imaginemos la caía de un martillo sobre un clavo; justo en el instante antes de producirse el impacto de la cabeza del martillo sobre el clavo, aquél estaba animado de una cierta velocidad. Debido a ella y la masa que posee podrá vencer la fuerza elástica del material en donde se desea hincar el clavo de modo que realice un trabajo.
La relación entre la energía cinética y el trabajo se enuncia en el llamado teorema de las fuerzas vivas el cual afirma que la variación de la energía cinética de un cuerpo es igual al trabajo de las fuerzas exteriores.
Se ha definido la energía potencial de un sistema como aquella que tiene en virtud de la posición que ocupan sus masas. En este caso su valor será igual al trabajo realizado por las fuerzas exteriores al sistema para llevarlo desde las posiciones de energía nula a las posiciones que ocupan en el instante considerado.
Hay fuerzas que al recorrer un espacio desarrollan un trabajo que no incrementa la energía mecánica del sistema. A estas fuerzas se las denomina disipativas y constituyen normalmente las fuerzas de rozamiento.
¿Como funciona una montaña rusa?
Sube, baja, acelera, gira, ¡grita! Levanta los brazos, gira, looping, sube, vuelve a bajar... ¿Quién te ha dicho que la física sea aburrida? Una prueba de ello es el funcionamiento de las montañas rusas, y estoy seguro que casi todos nosotros somos aficionados a este divertido juego. Y aunque al comienzo nos de miedo, al final subimos y lo pasamos genial.
En este artículo vamos a conocer cómo funciona una montaña rusa.
Por favor, ajústate bien en el asiento, que vienen curvas.
La energía necesaria
En este artículo puedes descubrir qué es la conservación de la energía, pero ahora vamos a hablar de la energía cinética y la energía potencial, ya que son las encargadas de hacer que nos salte la adrenalina en las montañas rusas.
Pero antes, creo que es conveniente que leas este artículo sobre la fuerza de la gravedad, ya que te ayudará a conocer más el universo y las montañas rusas.
Energía potencial y cinética en la montaña rusa
Imagínate que estás subiendo en una montaña rusa: nos empezamos a mover mediante una cadena que empieza a arrastrar hacia arriba nuestro coche. ¿Ves el cielo? Pues según ganamos altura, vamos ganando también energía potencial: A mayor altura, mayor energía potencial y mayor velocidad de bajada.
Si no se alcanza la suficiente velocidad no superaremos la siguiente subida.
Cuando hemos llegado al punto más alto y tenemos suficiente energía potencial, la fuerza de la gravedad nos atrae hacia el suelo y cuando estamos en el punto más bajo de la montaña rusa, más energía potencial tendremos.
La energía potencial será la que nos ayude a subir de nuevo, la que nos impulsará hacia arriba para volver a tener energía cinética, así sucesivamente.
A continuación se muestra las formulas para la energía correspondiente las cuales dan un producto en la unidad Joule(J).
Ep=mgh Ec=1/2mv^2
Donde:
Ep- Energía potencial.
Ec- Energía cienetica.
m- masa en kg
v- velocidad en (m/s)^2
h- altura
Estos son algunos ejercicios relacionados con estas energías:
1-. Se levanta un cuerpo de plata de 55 kg a 23 m. ¿Qué cantidad de calor se produce cuando el bloque se suelta y se impacta en el piso y cuál sería el aumento de temperatura?
Plata-Ce=0.056
Ep= 55kg(9.8m/s^2)(15m)
Ep= 8085J(1cal)/4.2J=1925cal
▲T=Tf-Ti
Q=mCe▲T
▲T= Q = 1925
mCe 55000g(0.056)
▲T=0.625°C
2-.Una barra de oro de 7g va a una velocidad de 451m/s. ¿Cuánto calor se produce cuando choca con el saco de arena?¿Cuál es el cambio de temperatura de la barra?
Oro-Ce=0.030
Ec=1/2 0.007kg(451m/s)
Ec=1/2 0.007kg(203401m/s)
Ec=711.90J(1cal)/4.2J=169.5cal
Q=mCe▲T
▲T= Q = 169.5cal
mCe 7g(0.030)
▲T=807
La energía potencial que posee el agua en lo alto del molino se convierte al caer en energía cinética capaz de producir un trabajo. La energía potencial viene definida por el producto del peso de un cuerpo y la altura a la que se encuentra (Ep=mgh); la energía cinética depende de la masa y del cuadrado de la velocidad de que esta dotado el cuerpo, según la relación Ec = 1/2 mv^2.
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