ACTIVIDAD (6) DE FÍSICA PARA SEGUNDOS.

INSTRUCCIONES.

1. ESCRIBE EN TU CUADERNO LA FECHA Y EL TÍTULO "EXPLICACIÓN MATEMÁTICA DE LA ENERGÍA POTENCIAL Y CINÉTICA" (ESTA ACTIVIDAD ES SOLO PARA ALUMN@S DE SEGUNDO).
2. COPIA EL SIGUIENTE TEXTO.
3. EN LA PRÓXIMA ACTIVIDAD SE RESOLVERÁN EJERCICIOS MATEMÁTICOS, APLICANDO ESTAS FÓRMULAS.

LA ENERGÍA MECÁNICA

¿CÓMO SE MODIFICA EL ESTADO DE REPOSO O DE MOVIMIENTO DE UN OBJETO? ESTA PREGUNTA DEFINE COMO FUNCIONA LA APLICACIÓN DE UNA FUERZA, POR TANTO, Y DE ACUERDO CON LA DEFINICIÓN DE ENERGÍA, HAY UNA ESTRECHA RELACIÓN ENTRE LA ENERGÍA Y LA FUERZA. EN TODO CAMBIO DE POSICIÓN O DE MOVIMIENTO DE UN OBJETO ESTÁ INVOLUCRADA LA ENERGÍA, PERO PARA QUE EXISTA DICHO CAMBIO DEBE TENER LUGAR UN DESPLAZAMIENTO. SI UN COCHE QUE SE MUEVE CON CIERTA RAPIDEZ ACELERA HASTA ALCANZAR UNA RAPIDEZ MAYOR, REQUERIRÁ ENERGÍA (LA CUAL ES PROPORCIONADA POR EL COMBUSTIBLE); EL COCHE, POR TANTO, ESTÁ CAMBIANDO SU ESTADO DE MOVIMIENTO Y HAY UN DESPLAZAMIENTO. SI UNA CAJA QUE INICIALMENTE SE ENCUENTRA EN EL PISO ES COLOCADA EN LO ALTO DE UN LIBRERO, HAY UN CAMBIO EN SU POSICIÓN: PARA SUBIR LA CAJA SE REQUIRIÓ UNA CIERTA ENERGÍA Y HUBO UN DESPLAZAMIENTO. DE ESTA FORMA, EL CAMBIO EN EL MOVIMIENTO O EN LA POSICIÓN DE UN OBJETO, PUEDE COMPRENDERSE NO SÓLO A PARTIR DEL CONCEPTO DE FUERZA SINO TAMBIÉN CON BASE EN EL DE ENERGÍA. LA ENERGÍA RELACIONADA CON EL MOVIMIENTO O LA POSICIÓN DE UN OBJETO SE CONOCE COMO ENERGÍA MECÁNICA, Y SE MANIFIESTA CUANDO CAMBIA SU ESTADO DE MOVIMIENTO O SU POSICIÓN AL APLICARLE UNA DETERMINADA FUERZA. PARA CUANTIFICAR LA ENERGÍA MECÁNICA, DEFINIREMOS DOS CONCEPTOS NUEVOS.

 

ENERGÍA CINÉTICA

SI ALGUNA VEZ HAS ANDADO EN BICICLETA, JUGAR FÚTBOL O COMPETIDO EN UNA CARRERA, SABES QUE DESPUÉS DEL EJERCICIO TE SIENTES CANSADO. ES UN HECHO QUE REQUERISTE ENERGÍA PARA LLEVAR A CABO EL ESFUERZO FÍSICO E INCLUSO TAL VEZ SIENTAS HAMBRE. CON LO ANTERIOR QUEREMOS DECIR QUE EL MOVIMIENTO ESTÁ RELACIONADO CON LA ENERGÍA. LA ENERGÍA QUE POSEE UN CUERPO DEBIDO A SU MOVIMIENTO SE CONOCE COMO ENERGÍA CINÉTICA (DEL GRIEGO KINETOS: QUE SE MUEVE). SI ALGUNA VEZ TE HA GOLPEADO UN BALÓN DE FUTBOL, O TE HAS GOLPEADO EL DEDO DEL PIE CONTRA UN MUEBLE MIENTRAS CAMINAS, ENTONCES HAS SENTIDO LOS EFECTOS DE LA ENERGÍA CINÉTICA.

CÓMO PUDISTE EXPERIMENTAR, LA ENERGÍA CINÉTICA DE UN CUERPO EN MOVIMIENTO DEPENDE DE DOS MAGNITUDES FÍSICAS: SU MASA (m) Y SU RAPIDEZ (v). LA ECUACIÓN QUE RELACIONA AMBAS VARIABLES Y DEFINE A LA ENERGÍA CINÉTICA (E_C) ES:

 

E_C = 1 /2 mv²

 

LAS UNIDADES DE LA ENERGÍA CINÉTICA, DERIVADAS A PARTIR DE SU ECUACIÓN, SON LAS DE MASA POR LAS DE RAPIDEZ AL CUADRADO: Kg m²/s², QUE CORRESPONDEN A LAS UNIDADES DE LA ENERGÍA EN EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SIU); ES DECIR, AL JOULE. COMO RECORDARÁS, LA UNIDAD DE FUERZA ES EL NEWTON (N), Y 1N EQUIVALE A 1Kg m/s², DE MANERA QUE:

 

1J = 1Kg m² /s² = 1Nm

 

ENERGÍA POTENCIAL

¿POSEE ENERGÍA UN CUERPO AÚN SIN MOVERSE? SI COLOCAS UN LIBRO EN LA PARTE SUPERIOR DE UN LIBRERO, UTILIZAS UNA FUERZA, REALIZAS UN DESPLAZAMIENTO Y, POR TANTO, REQUIRES CIERTA ENERGÍA PARA LLEVAR A CABO EL CAMBIO EN LA POSICIÓN DEL LIBRO; PERO EL LIBRO, AÚN INMÓVIL, INTERACTÚA CON LA TIERRA (LO QUE SE MANIFIESTA POR EL PESO DEL LIBRO), PUEDE CAER Y DESPLAZARSE UNA DISTANCIA. DEBIDO A ESTA POSIBILIDAD SE DICE QUE EL LIBRO TIENE ENERGÍA POTENCIAL. ASÍ, PODEMOS DEFINIR LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL COMO LA ENERGÍA QUE TIENE UN CUERPO EN VIRTUD DE SU POSICIÓN Y QUE ESTÁ RELACIONADA CON LA FUERZA DE GRAVEDAD. LA ENERGÍA POTENCIAL DEPENDE DE LA ALTURA DEL OBJETO DEL OBJETO RESPECTO DE UN MARCO DE REFERENCIA; ÉSTA PUEDE SER LA SUPERFICIE TERRESTRE, LA MESA DE TRABAJO, EL PUPITRE (EL MODO QUE TODO BANCA), DE MODO QUE TODO OBJETO QUE SE ENCUENTRA EN EL ORIGEN DE NUESTRO MARCO DE REFERENCIA DEL OBJETO RESPECTO DE UN MARCO DE REFERENCIA; ÉSTE PUEDE SER LA SUPERFICIE TERRESTRE, LA MESA DE TRABAJO, EL PUPITRE, DE MODO QUE TODO OBJETO QUE SE ENCUENTRE EN EL ORIGEN DE NUESTRO MARCO DE REFERENCIA TENDRÁ ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL IGUAL A CERO. MIENTRAS MÁS ALTA SEA LA POSICIÓN DE UN OBJETO EN RELACIÓN CON EL ORÍGEN, MAYORES SERÁN LOS CAMBIOS QUE PUEDA PRODUCIR AL INTERACTUAR CON LOS OTROS OBJETOS Y, POR TANTO, MAYOR SERÁ SU ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL. ¿QUÉ OBJETOS PODRÍA PRODUCIR MAYORES CAMBIOS AL INTERACTUAR CON OTROS OBJETOS  DEBIDO A LA ATRACCIÓN GRAVITACIONAL, UNO DE MENOR O UNO DE MAYOR MASA? LA ENERGÍA POTENCIAL TAMBIÉN DEPENDE DE LA MASA DE UN CUERPO. ASÍ, LA ECUACIÓN PARA EL CALCULO DE LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL INVOLUCRA A LA MASA DE UN CUERPO (m), LA ALTURA A LA QUE SE ENCUENTRA RESPECTO DEL MARCO DE REFERENCIA (h) Y DE LA GRAVEDAD (g):

Ep= mgh

SU UNIDAD, COMO LA DE LA ENERGÍA CINÉTICA, ES EL JOULE (J). ¿PUEDES DEMOSTRARLO A PARTIR DE LA ECUACIÓN?

ANTERIORMENTE DIJIMOS QUE LA ENERGÍA MECÁNICA DE UN CUERPO ESTÁ EN FUNCIÓN DE SU MOVIMIENTO Y SU POSICIÓN, ES DECIR, LA ENERGÍA MECÁNICA DEPENDE DE LA ENERGÍA CINÉTICA Y DE LA ENERGÍA POTENCIAL DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE EXPRESIÓN:

 

Em = E_C + E_P

"ESTA ACTIVIDAD SE ENTREGARA EL DÍA 26 DE MAYO AL SIGUIENTE CORREO 246aprendizajes@gmail.com ".