La energía mecánica

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La energía mecánica desde el punto de vista de la ley de conservación de energía. Se discute completamente lo que es energía cinética, energía potencial y la relación entre ambas. Se incluyen ejercicios de aplicación.

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La energía mecánica

  1. 1. La energía: energía cinética energía potencial Física: Capítulo 11 Sra. Elba M.Sepúlveda
  2. 2. Trabajo <ul><li>Es una medida de la energía transferida </li></ul><ul><li>La energía total de un sistema permanece igual </li></ul>Energía: <ul><li>Capacidad para realizar trabajo. </li></ul>
  3. 3. Existen 4 fuerzas básicas: <ul><li>Fuerza gravitacional </li></ul><ul><li>Fuerzas electromagnéticas </li></ul><ul><li>Fuerza nuclear fuerte </li></ul><ul><li>Fuerza nuclear débil </li></ul>
  4. 4. Fuerza gravitacional <ul><li>Gravedad </li></ul><ul><ul><li>Fuerza de atracción entre la tierra y cualquier objeto con masa sobre ella. </li></ul></ul><ul><li>Gravitación </li></ul><ul><ul><li>Fuerza de atracción entre cualquiera dos objetos con masa que interaccionen en el universo. </li></ul></ul>
  5. 5. Fuerzas electromagnéticas <ul><li>Fuerza que existe entre objetos cargados </li></ul><ul><ul><li>Ejemplos: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Fricción= se opone al movimiento de los objetos </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Electricidad </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Magnetismo </li></ul></ul></ul>
  6. 6. Fuerza Nuclear Fuerte <ul><li>Fuerza de muy corto alcance que mantiene ligados a los protones y neutrones en el núcleo del átomo. </li></ul><ul><ul><li>Ejemplo: ocurre dentro del núcleo para mantener los neutrones y protones unidos. </li></ul></ul><ul><li>Fuerza Nuclear Débil </li></ul><ul><li>Fuerza involucrada en el decaimiento de los núcleos atómicos y partículas nucleares. </li></ul>
  7. 7. Energía potencial: <ul><li>Como hay cuatro fuerzas básicas hay cuatro tipos de energía potencial. </li></ul><ul><ul><ul><li>Potencial gravitacional. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>debido a su posición en un campo gravitacional. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Potencial electromagnética. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Debido a su posición en un campo eléctrico. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Potencial nuclear fuerte. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Debido a su posición en el núcleo del átomo. </li></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Potencial nuclear débil. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Debido a posición de los núcleos atómicos. </li></ul></ul></ul></ul>
  8. 8. Energía potencial <ul><li>Es la energía debida a la posición de un objeto. </li></ul><ul><li>Es la energía almacenada. </li></ul><ul><ul><li>Ecuación: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>EP = mgh </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>m= masa g= aceleración gravitacional h= altura </li></ul></ul></ul><ul><li>La unidad es Julios = kgm 2 /s 2 </li></ul><ul><li>El aumento en la energía potencial de un sistema que comienza y termina en reposo es igual al trabajo realizado sobre el sistema. </li></ul><ul><li> EP = W </li></ul>
  9. 9. Nivel de base <ul><li>Donde la energía potencial gravitacional se toma como cero arbitrariamente por lo regular es la superficie de la tierra, piso, etc. </li></ul><ul><li>Puede crear confusión porque depende del punto de vista de la persona o marco de referencia. </li></ul>
  10. 10. Ejemplo <ul><li>Una caja de 15 Kg se levanta del piso a una altura de 30 metros. ¿Cuánto es su energía potencial? </li></ul>
  11. 11. Solución: <ul><li>Dado: </li></ul><ul><li>m= 15 kg </li></ul><ul><li>h= 30 m </li></ul><ul><li>g= 9.81 m/s 2 </li></ul><ul><li>EP= ? </li></ul>EP = mgh = (15 kg) (9.81 m/s 2 ) (30 m) = 4,414 J = 4.41 kJ
  12. 12. Ejemplo: <ul><li>La energía potencial de un objeto es directamenteproporcional a su altura sobre el nivel de base, si duplicamos la altura entonces resultará’en el doble de la energía potencial. Si triplicamos la altura entonces resultará en un triplicado de la energía potencial. Use este principio para determinar los blancos en el siguiente diagrama: </li></ul>
  13. 13. Solución: <ul><li>A y B = 30 J </li></ul><ul><li>C = 20 J </li></ul><ul><li>D = 10 J </li></ul><ul><li>E= 0 J </li></ul>
  14. 14. Energía cinética <ul><li>F= ma </li></ul><ul><li>Fd=mad => W ork </li></ul><ul><li>V f 2 = V i 2 +2ad </li></ul><ul><li>V f 2 - V i 2 = 2ad </li></ul><ul><li>½ V f 2 – ½ V i 2 = ad </li></ul><ul><li>½ mV f 2 – ½ mV i 2 = mad = Fd =  EC = Work </li></ul><ul><li>EC = ½ m V 2 </li></ul><ul><li>Energía de movimiento que depende de la masa y la velocidad </li></ul>
  15. 15. Ejemplo: <ul><li>Un carro de una montaña rusa de 10 Kg viaja con una rapidez de 20 m/s </li></ul><ul><ul><li>A) ¿Cuál es su energía cinética? </li></ul></ul><ul><ul><li>B) ¿Cuánto trabajo se realizó? </li></ul></ul>
  16. 16. Solución: <ul><li>M= 10 kg </li></ul><ul><li>V=20 m/s </li></ul><ul><li>EC=? </li></ul><ul><li>EC= ½ mv 2 </li></ul><ul><li>= ½ (10kg) (20 m/s) 2 </li></ul><ul><li>= 2000 J = 2 kJ </li></ul><ul><li>W=? </li></ul><ul><li>W=Fd =  EC </li></ul><ul><li>W=2kJ </li></ul>
  17. 17. Ley de conservación de la energía <ul><li>La energía no puede ser creada ni destruida solo puede ser transformada </li></ul><ul><li>Si la energía potencial disminuye la energía cinética aumenta. </li></ul>
  18. 18. Ecuación conservación energía… <ul><li>E i (sistema) = E f (sistema) </li></ul><ul><li>EC i + EP i = EC f + EP f </li></ul><ul><li>-EP f + EP i = EC f - EC i </li></ul><ul><li>-(EP f – EP i ) = EC f – EC i </li></ul><ul><li>-  EP =  EC </li></ul>
  19. 19. Ejemplo: <ul><li>Una caja de 20 kg se deja caer desde lo alto de un edificio de 25 m. </li></ul><ul><ul><li>¿ Cuál es la energía cinética al momento de caer al piso? </li></ul></ul><ul><ul><li>¿ Con qué velocidad llegará al piso? </li></ul></ul>
  20. 20. Solución: <ul><li>M=20 kg EC i = 0 </li></ul><ul><li>H=25 m EP f = 0 </li></ul><ul><li>EC=? </li></ul><ul><li>EC i + EP i = EC f + EP f </li></ul><ul><li>EP i = EC f </li></ul><ul><li>= mgh i = (20 kg) (9.81 m/s 2 ) (25 m) </li></ul><ul><li>= 4,900 J = 4.9 kJ </li></ul><ul><li>EP i = EC f = 4.9 kJ </li></ul><ul><li>EP i = EC f = ½ m V f 2 => V f 2 = 2 EC/m </li></ul><ul><li>V f = 2 (4,900 J)/20 kg= V f = 22 m/s </li></ul>
  21. 21.  EP = -  EC = W
  22. 22. Ejemplo <ul><li>Durante una competencia un atleta lanza un disco de 5 kg directamente hacia arriba. Si este realizó 590 J de trabajo sobre el disco, </li></ul><ul><ul><li>¿ cuán alto subirá? </li></ul></ul>
  23. 23. Solución: <ul><li>m= 5 kg EP i = 0 </li></ul><ul><li>W= 590 J EC f = 0 </li></ul><ul><li>g = 9.81 m/s 2 </li></ul><ul><li>E i (sistema) = E f (sistema) </li></ul><ul><li>EC i + EP i = EC f + EP f </li></ul><ul><li>EC i = Ep f = mgh = W </li></ul><ul><li>h= W/(mg) = 590 J / [( 5 kg) (9.81 m/s 2 ) </li></ul><ul><li>h=12 m </li></ul>
  24. 24. Analiza…
  25. 25. Otros problemas… <ul><li>Un carrito de laboratorio es halado a velocidad constante a lo largo de un plano inclinado. Si la masa que se le colocó fue de 3kg y la altura del plano es de 0.45 m, ¿ cuál es la energía potencial del auto? </li></ul>
  26. 26. Solución: <ul><li>m=3 kg </li></ul><ul><li>g= 9.81 m/s2 </li></ul><ul><li>h= 0.45 m </li></ul><ul><li>EP = ? </li></ul><ul><li>EP = mgh </li></ul><ul><ul><li>= (3 kg) (9.81 m/s2) (0.45 m) </li></ul></ul><ul><ul><li>= 13.2 J </li></ul></ul>
  27. 27. La física de las Montañas rusas… Roller Coaster Physics
  28. 28. Problemas asignados: <ul><li>Capítulo 11: 1 al 15 impares desde la página 183 hasta la página 188 </li></ul><ul><li>Problemas A: 1 al 9 página 192 </li></ul><ul><li>Problemas B: 1 y 2 página 193 </li></ul><ul><li>EXITO </li></ul>

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