ENERGIAS

TEMA 1: ENERGIA CINETICA Y POTENCIAL

La energía puede definirse como la capacidad que posee un cuerpo para realizar trabajo; aunque esta definición será para validad para la energía mecánica, no es correcta para los tipos de energía asociados con el calor. 

En el Sistema Internacional de medida, la Energia se mide en Julios (J).

                                                           Julios (J) = Newton (N)Metro (M)

Las formas de energía son muy diversas, pero aquí solo trataremos la energía cinética, la energía potencial y la energía mecánica.

ENERGÍA CINÉTICA

La energía cinética es una propiedad escalar de una partícula proporcional al cuadrado de su rapidez v: 

Ejemplo N° 1: ¿Qué trabajo se debe realizar sobre un cuerpo de 10 kg para que incremente su velocidad de 2 m/s a 8 m/s?

Solución:

El trabajo es igual al cambio en la energía cinética, Es decir: W = E_cf – E_ci Luego el enunciado queda expresado de la siguiente manera:

ENERGÍA POTENCIAL

Estudiaremos dos casos de energía potencial, la gravitacional y la elástica. Decimos que una partícula tiene energía potencial gravitatoria en virtud de su posición en el espacio en una coordenada vertical, y cerca de la superficie de la tierra. La energía potencial está definida como:

E_K = mgh

Donde m = masa, g = la fuerza de gravedad y h = altura.

Por su parte, la energía potencial elástica de una partícula de masa m sujeta a un resorte de constante K, cuando m está en la coordenada x, viene dada por:

ENERGÍA MECÁNICA

La energía mecánica se define como la suma de la energía cinética y la potencial: E = E_u + E_k

Ejemplo N° 2: Una piedra de 100 Kg se encuentra al borde de un precipicio de 300 m de altura. ¿Qué cantidad representa la energía potencial?

Solución:

E_p = mgh          E_p = (100 kg)• (9,8 m/s²) • (300 m) = 294000 J

FUENTES DE ENERGÍAS ALTERNATIVAS

1.       ENERGÍA SOLAR: la fuente de esta energía es la procedente del sol, y dada su naturaleza de energía renovable, existe una tendencia universal por diseñar centrales solares, haciendo uso de paneles.

2.       ENERGÍA DE BIOMASA: la fuente de energía es la materia orgánica, de origen vegetal o animal y los materiales obtenidos en la transformación natural o artificial de la materia orgánica. Por ejemplo: el estiércol para producir gas.

3.       ENERGÍA EÓLICA: la fuente de energía eólica es el viento, que se encarga de poner en movimiento generadores de otros tipos de energías. Dado que requieren del viento, las regiones costeras son sitios apropiados para su implementación.

4.       ENERGÍA GEOTÉRMICA: esta energía es fundamental en las altas temperaturas que se producen al interior de la tierra, por ejemplo, en algunas regiones se consigue agua en ebullición cerca de la superficie del planeta, lo cual sugiere que se podría emplear para producir movimiento de turbina que generan otros tipos de energía.

5.       ENERGÍA MAREO MOTRIZ: El agua del mar en su movimiento producido por las mareas es una fuente de energía que se puede utilizar para accionar turbinas y así producir otro tipo de energías. 

RESUMEN

 

TEMA 2: FUERZAS CONSERVATIVAS Y NO CONSERVATIVAS

Una fuerza de denomina conservativa si:

·         El trabajo que realiza sobre el sistema conforme este se desplaza entre dos puntos en el mismo sin importar el camino que se sigue entre dichos puntos.

·         El trabajo que efectúa en una trayectoria cerrada es igual a cero.

Toda fuerza que sea un vector constante en cualquier trayectoria cerrada es conservativa.

Si el trabajo que efectúa una fuerza a lo largo de una trayectoria cerrada no es cero, la fuerza de denomina no conservativa.

Ejemplo N° 3:  

• El peso es una fuerza conservativa, ya que es un vector que siempre actúa en dirección vertical hacia el interior de la tierra.
•  La fuerza de fricción es una fuerza no conservativa ya que es un vector que no es constante en dirección, generalmente apunta en dirección contraria a la del desplazamiento. 

TEMA 2: CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

La ley de conservación de la energía mecánica establece que la energía mecánica total permanece constante si las fuerzas que realizan trabajo son conservativas. Dicho de otra forma, bajo fuerzas conservativas, la energía inicial de un sistema es igual a la energía final del mismo: E_i = E_F

Ejemplo N° 4: Un aeroplano que vuela a la velocidad de 240 m/s deja caer un objeto de 50 kg desde una altura de 560 m. Calcular la velocidad con que el objeto llega al suelo.

Solución: Como el sistema tierra-cuerpo es conservativo, la energía mecánica del objeto debe ser constante; en particular, la energía mecánica inicial es igual a la energía mecánica final.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: La energía no se crea ni se destruye. En todos los sistemas la energía se transforma o se transfiere con las condiciones de que la energía total del sistema permanezca constante. 

 

 

ACTIVIDADES PROPUESTAS

 

CUESTIONARIO

COMPLETA LOS SIGUIENTES ENUNCIADOS TENIENDO EN CUENTA LA INFORMACIÓN DE LA PÁGINA

1. La energía es la _________________ que tiene un cuerpo para ejercer ________________
2. La suma de la energía cinética y potencial se conoce como ___________________
3. La energía cinética es directamente proporcional al _________________________
4. Cuando una partícula tiene determinada altura sobre un sistema de referencia, esta obtiene energía _________________
5. Para determinar la energía potencial gravitatoria se necesita conocer: _____________, ______________, _______________.
6. La energía asociada a los objetos en virtud de su elasticidad es ___________________
7. Las unidades en las que se mide la energía son: ______________, ________________
8. Las unidades en las que se mide el trabajo son: _____________, __________________, _________________
9. La forma de energía que se obtiene del movimiento del viento se llama: __________________
10. El principio de conservación afirma: ________________________________________________________________________

 

TALLER 

 

1. ¿Qué energía cinética adquiere un cuerpo de 6 kg que se deja caer libremente desde una altura de 104 m?

2. Se lanza hacia arriba un balón de baloncesto cuya masa es 600g con una velocidad inicial de 7m/s. ¿Cuál es la energía cinética del balón?

3. Un cuerpo de 4 kg se levanta hasta una altura de 6 m. Calcular cuanta energía potencial ganó. 

4. ¿Qué trabajo se debe hacer para elevar un cuerpo de 8kg, desde un punto situada a 3 m hasta un punto situado a 12 m?

5. Calcula la energía potencial que posee un cuerpo de 15 kg, situado a una altura de 16 m.

6. Un avión de 15000 kg vuela a una altura de 1200 m  con una velocidad de 320 km/h. calcular la energía cinética y potencial del avión.

7. La constante de elasticidad de un resorte es de 24 N/m. Calcula la energía potencial elástica que posee un cuerpo de 5 kg sujeto al resorte que se desplaza 0,8 m de su punto de equilibrio.

8. Desde lo alto de un aeroplano que está a 300m  y vuela con una velocidad de 180 m/s se deja caer un objeto. Calcular la velocidad con que dicho objeto llega al suelo.

BIBLIOGRAFÍA

·         SEARS, F. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. (2004). Física Universitaria. México: Pearson Education.

·         BAUTISTA BALLÉN, M. GARCÍA ARTEAGA, E. CARRILLO CHICA, E. (2001). Física I. Bogotá: Editorial Santillana.

·         VILLEGAS RODRÍGUEZ, M. RAMÍREZ SIERRA, R. (1999). GALAXIA 10. Bogotá: Editorial voluntad.

• LONGRAS A. R. Libro taller preicfes. Instruimos. Medellín. 2012.