4 MEDIO FÍSICA Guia de Aprendizaje energia termo

Colegio Antil Mawida
Depto. de Ciencias Básicas
Profesor: Gina Tello.
Nivel: 4º Medio Termodinámica
Guía de Aprendizaje
Energía mecánica
-
Energía cinética: Un cuerpo que se desplaza con cierta velocidad, lleva consigo una cierta energía
denominada cinética, esta es proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad.
Se puede calcular utilizando la siguiente expresión:
Ec 
1 2
mv
2
E c es la energía cinética expresada en Joule (J),m es la masa en kilogramos (kg),v es la velocidad
expresada en (m/s)
-
Energía cinética de rotación: La energía cinética estudiada hasta el momento, se refiere siempre a
una traslación. Pero ¿qué ocurre con los cuerpos que aparte de trasladarse, rotan, como la Tierra?.
También tienen una energía de cinética asociada a su giro llamada energía cinética de rotación ( E r )
y esta definida:
Er 
1 2
I
2
Donde I es el momento de inercia y ω es la velocidad angular.
No es necesario que un cuerpo se traslade para tener energía cinética.
-
Energía potencial: La energía potencial de un cuerpo depende de su posición dentro de un campo de
fuerzas. Existen varias formas de energía potencial.
Tipo de Energía
Energía
Energía potencial gravitatoria
Descripción
Energía que tiene cualquier objeto ubicado a cierta
altura por efecto de la atracción terrestre.
Energía que adquieren los cuerpos que se
deforman, como un resorte, u elástico o un
amortiguador
Energía que adquiere un cuerpo que es atraído por
un imán
Energía que adquiere una carga eléctrica en
presencia de otra.
Energía potencial elástica
Energía potencial magnética
Energía potencial eléctrica
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Energía potencial gravitatoria: La fuerza de gravedad actúa entre objetos que tienen masa. Esta
fuerza es responsable de que la Tierra atraiga los cuerpos hacia su superficie, reteniéndolos allí;
mantiene a los planetas en órbita alrededor del Sol, y al Sol alrededor del centro de la galaxia.
El valor de la energía potencial gravitatoria depende del punto de referencia. Por ejemplo: podemos
decir que la energía de una paloma posada en el techo de una iglesia tiene un valor positivo respecto
del suelo y es cero respecto del nivel del techo. Ambas afirmaciones son correctas, si se especifica el
sistema de referencia.
La energía potencial que posee un objeto que se encuentra a cierta altura debe ser igual al trabajo
mínimo realizado contra la fuerza de gravedad para levantarlo.
W  m g h
Como este trabajo corresponde a la energía potencial gravitatoria de cuerpo, tenemos que:
Ep  m  g  h
Donde
E p es la energía potencial gravitatoria expresada en Joule(J), m es la masa del cuerpo en
2
(kg); g es la gravedad terrestre (10 m/s ) y h es la altura que alcanza el cuerpo, respecto a un sistema
de referencia, expresada en (m).
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Energía mecánica: A la suma de las energías potencial y cinética se le llama energía mecánica; esta
se mantiene constante cuando actúan fuerzas conservativas.
Imagina que se lanza un objeto verticalmente hacia arriba: mientra sube gana energía potencial y
pierde energía cinética, esto ocurre hasta que el objeto se detiene, en ese momento su energía cinética
es cero y su energía potencial es máxima. Cuando comienza a caer aumenta su energía cinética y
disminuye su energía potencial, de tal manera que al volver a su punto inicial, su velocidad (y por
tanto su energía cinética) es la misma que al comienzo. Este análisis supone que no actúa la fuera de
roce y que la masa del cuerpo no varía.
Una expresión para la energía mecánica de un cuerpo es la siguiente:
E  E p  Ec
E  m g h 
1
m  v2
2
Conservación de la energía mecánica
La energía mecánica de un cuerpo en movimiento no cambia si sobre él actúan fuerzas conservativas.
La expresión que representa la ley de conservación de la energía mecánica es:
m  g  hi 
1
1
m  vi2  m  g  h f  m  v 2f
2
2
Ejercicios
1.Un bombero de 65 kg sube por una escalera de 10 m de altura. ¿Cuánto trabajo requiere para
subir?(6370)
2. ¿Cuánto trabajo realizarán horizontalmente los estibadores que empujan una caja de 150 kg a lo largo
de una distancia de 12,3 m a través de un piso en rugoso sin aceleración, si el coeficiente efectivo de
frición es 0,7? (12657 J)
3. ¿Cuál es la energía cinética del perro Spot, cuya masa es 8.5 kg, cuando salta con una rapidez de 40
cm/s? (0,68 J)
4. ¿Cuánto trabajo se debe efectuar para detener un automóvil de 1000 kg que viaja a 100 km/hr?
(386420 J)
5. ¿En cuanto cambia la energía potencial de saltador de garrocha de 58 kg si se centro de masa se eleva
4m durante el salto? (2270 J)
6. Un niño de 22 kg desciende por un resbaladero de 4, 5 m de altura y alcanza la parte inferior con una
rapidez de 2,5 m/s. ¿Cuánta energía térmica debido a la fricción se generó en el proceso? (901,45 J)
7. Un jugador de fútbol chutéa una pelota, de 400 g de masa, y la arroja verticalmente hacia arriba con
una velocidad de 16 m/s. Determine, con conceptos de energía mecánica, la altura que alcanza.
8. Un arquero lanza, desde el reposo, verticalmente hacia arriba una flecha de 50 g. Si la flecha alcanza
una altura de 50 m. Determine la energía cinética con que fue lanzada.
9. Un mono, de unos 10 kg de masa, se deja caer de una rama situada a cierta altura. Si llega al suelo con
una energía cinética de 720 J. Determine: a) la velocidad con que llega al suelo, b) la altura desde la que
cae.
10. Un niño de 40 kg, de 1,2 m de altura, está en el tercer piso de un edificio. Si cada piso tiene 3 m de
altura. Determine la energía potencial del niño respecto al suelo del: a) primer piso, b) segundo piso, c)
tercer piso, d) cuarto piso.