Energía

Tareas obligatorias: Indicadas en cada apartado -> vídeos de energía cinética y potencial.

FORMAS DE ENERGÍA

TRABAJO Y ENERGÍA

Antes de estudiar en profundidad los tipos de energía mecánica, un breve vídeo introductorio, que además conecta los conceptos de trabajo y energía. [Podéis poner subtítulos en español. Algunas explicaciones son más avanzadas de lo que vemos este curso, pero permiten anticipar ideas que veréis más adelante].

Trabajo y energía están íntimamente relacionados. Podemos definir la energía como la capacidad de un cuerpo para modificar su estado o su entorno. Pero también, podríamos decir que la energía es la capacidad de un cuerpo para producir trabajo, ya que con este trabajo, puede producir cambios en sí mismo o en el entorno. Por tanto, también podemos deducir que el trabajo es una medida de la energía que se transfiere en el cuerpo.

 

Podemos expresar en términos matemáticos la relación de trabajo y energía como:

W = ΔE = Ef – Ei

donde ΔE representa el incremento de energía, es decir energía final, Ef, menos energía inicial, Ei. Así, podemos establecer la siguiente relación según el signo del trabajo:

ENERGÍA MECÁNICA

En este tema vamos a estudiar la energía mecánica, compuesta por la energía cinética y la energía potencial: gravitatoria y elástica.

                 ENERGÍA CINÉTICA

Definimos energía cinética como la energía que tiene un cuerpo por estar en movimiento.

• Es una magnitud escalar.
• Siempre es una magnitud positiva. La masa y el cuadrado de la velocidad son positivas.
• Depende del módulo de la velocidad, por tanto, es independiente de la dirección y sentido de la velocidad.
• A partir de la relación de la energía-trabajo podemos deducir que:
  • Trabajo positivo: Aumento de la energía cinética, y por tanto velocidad final mayor, el cuerpo se ha acelerado (fuerza favorece el desplazamiento). Ejemplo: cuando tiramos de una carretilla.
  • Trabajo negativo: Disminución de la energía cinética, y por tanto velocidad final menor, el cuerpo se ha frenado (fuerza se opone al desplazamiento). Ejemplo: cuando paramos un balón.

TAREA 1: VÍDEO CON PREGUNTAS

NECESITAS CALCULADORA PARA CONTESTAR ALGUNAS PREGUNTAS.

La plataforma para ver los vídeos es EDpuzzle. Los pasos que tienes que seguir son:

1. Ir a la página https://edpuzzle.com/join/tolfoga
2. Seleccionar la opción de Student.
   • Si recuerdas tu clave y contraseña de la vez anterior, úsalas.
   • Si no la recuerdas, no pasa nada. Pulsa en Sign Up para crear una cuenta. Introduce tu nombre y apellidos para que te pueda identificar, y un usuario y contraseña que quieras. No es necesario que introduzcas tu correo electrónico si no quieres. Acepta unirte (Join) a la clase.
3. Te aparecerá un vídeo asignado: Energía cinética.
4. Puedes comenzar pulsando en Start.
5. El vídeo hay que verlo completo, y puedes volver hacia atrás si necesitas revisar algo de lo que hayas visto para responder a las preguntas que se plantean.

               

              ENERGÍA POTENCIAL

Definimos energía potencial como la energía que tiene un cuerpo debido a la posición que ocupa. Distinguimos entre:

Energía potencial gravitatoria

Es la energía que tiene el cuerpo por estar bajo la acción de la gravedad. Suponiendo que nos encontramos a pequeñas alturas respecto a la superficie de la Tierra:

• Es una magnitud escalar.
• El cuerpo debe estar sometido al campo gravitatorio terrestre. La expresión sólo es válida para valores de h pequeños, donde el valor de g permanece constante.
• Su valor es relativo, depende del nivel de referencia que se tome para medir la altura. Puede ser positiva o negativa, según donde se tome el nivel 0 de altura.
• A partir de la relación de la energía-trabajo podemos deducir que:
  • Trabajo positivo: Aumento de la energía potencial, y por tanto altura final mayor. Ejemplo: cuando una grúa sube un bloque de hormigón desde el suelo.
  • Trabajo negativo: Disminución de la energía potencial, y por tanto altura final menor. Ejemplo: cuando bajamos un libro desde la estantería a la mesa.

 

TAREA 2: VÍDEO CON PREGUNTAS

NECESITAS CALCULADORA PARA CONTESTAR ALGUNAS PREGUNTAS.

La plataforma para ver los vídeos es EDpuzzle. Los pasos que tienes que seguir son:

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2. Seleccionar la opción de Student.
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   • Si no la recuerdas, no pasa nada. Pulsa en Sign Up para crear una cuenta. Introduce tu nombre y apellidos para que te pueda identificar, y un usuario y contraseña que quieras. No es necesario que introduzcas tu correo electrónico si no quieres. Acepta unirte (Join) a la clase.
3. Te aparecerá un vídeo asignado: Energía potencial.
4. Puedes comenzar pulsando en Start.
5. El vídeo hay que verlo completo, y puedes volver hacia atrás si necesitas revisar algo de lo que hayas visto para responder a las preguntas que se plantean.

 

El trabajo que realiza la fuerza peso en relación con la energía potencial es igual a la variación negativa de la energía potencial. En el siguiente cuadro se puede ver el cálculo tanto cuando un cuerpo sube o baja:

Podemos relacionarlo con la energía cinética del cuerpo:

• Cuando el cuerpo sube (ascensión libre) el trabajo es negativo y por tanto, disminuye la energía cinética: se frena.
• Cuando el cuerpo baja (caída libre) el trabajo es positivo y por tanto, aumenta la energía cinética: se acelera.

 

Energía potencial elástica

Es la energía que adquieren los cuerpos sometidos a fuerzas elásticas o recuperadoras, como puede ser el caso de un muelle.

• Es una magnitud escalar.
• Siempre es una magnitud positiva. La constante elástica del muelle y el cuadrado de la elongación son positivas.
• A mayor valor de k, más rígido es el muelle, y por tanto, mayor energía potencial almacena y más trabajo deberíamos realizar para comprimir o estirar el muelle.
• Se puede demostrar, que al igual que en la energía potencial gravitatoria, el trabajo realizado por la fuerza elástica es igual a la variación negativa de la energía potencial.

 

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA

La energía mecánica es la suma de la energía cinética y potencial (tanto gravitatoria como elástica) que posee un cuerpo. En ausencia de rozamientos y de fuerzas externas, esta energía se conserva, es decir, en el movimiento de un cuerpo, hay un transvase de energía cinética y potencial tal que la energía mecánica se mantiene constante.

Prueba esta simulación de un péndulo simple para ver cómo a lo largo de su movimiento la energía mecánica se conserva, y la energía se transfiere de potencial a cinética y viceversa.

 

EJERCICIOS Y APUNTES PARA REPASAR

• Descarga un resumen de teoría y ejercicios resueltos: trabajo-y-energia-cidead
• Visita esta animación sobre la conservación de la energía mecánica en una montaña rusa