Guía Energía II

Guía práctica
Energía II: energía cinética y energía potencial
Física
Estándar Anual
Nº__
Ejercicios PSU
Para esta guía considere que la magnitud de la aceleración de gravedad (g) es 10
1.
GUICES021CB32-A16V1
energía cinética y la energía potencial.
energía potencial y la energía eléctrica.
energía química y la energía hidráulica.
energía atómica y la energía cinética.
energía elástica y la energía calórica.
¿Cuál es el valor de la energía potencial gravitatoria de un niño de 60 [kg], recostado sobre el
trampolín de una piscina, a 4 metros de altura?
A)
B)
C)
D)
E)
3.
m
.
s2
La energía se presenta de varias formas. Las que dependen de la rapidez y la posición de un
cuerpo son, respectivamente, la
A)
B)
C)
D)
E)
2.
Ciencias Básicas
Programa
240 [J]
600 [J]
1.200 [J]
2.400 [J]
6.000 [J]
Con respecto a la energía cinética de un objeto, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
depende de su masa y su rapidez.
es nula si el cuerpo está en reposo.
aumenta al doble si la rapidez del objeto se duplica.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo I y II
Solo I y III
I, II y III
Cpech
1
Ciencias Básicas Física
4.
¿Cuál de los siguientes gráficos representa correctamente la relación entre la altura h a la cual se
encuentra un cuerpo y su energía potencial gravitatoria Eg?
Eg
Eg
Eg
h
h
h
A)
C)
B)
Eg
Eg
h
D)
5.
D)
E)
10.000 [J]
1.000.000 [J]
disminuye proporcionalmente a la altura.
aumenta a medida que disminuye la altura.
es máxima en el punto de mayor altura.
aumenta solo si la aceleración es positiva.
disminuye si la velocidad es negativa.
m
Un nadador de masa m [kg] inicialmente tiene una rapidez de 4 s . Si un instante después su
rapidez es de 8 m , ¿cuál fue el trabajo realizado por la fuerza neta sobre el nadador?
s
A)
B)
C)
D)
E)
2
10 [J]
100 [J]
1.000 [J]
Durante la caída libre de un cuerpo de masa constante, desde una altura h, es correcto afirmar
que su energía cinética
A)
B)
C)
D)
E)
7.
E)
Una bala de 50 [g] que se mueve a 200 m tiene una energía cinética de
s
A)
B)
C)
6.
h
Cpech
12m [J]
24m [J]
48m [J]
120m [J]
240m [J]
GUÍA PRÁCTICA
8.
Para un cuerpo de masa m, y despreciando la fuerza de roce en cada caso, ¿en qué situación se
necesita realizar un mayor trabajo?
A)
Al acelerarlo desde el reposo hasta moverse con una rapidez de 5
B)
m
m
Al acelerarlo de 5 s hasta 10 s .
C)
Al acelerarlo de 10
D)
E)
9.
m
.
s
m
m
hasta 12
.
s
s
m
m
hasta 13
.
Al acelerarlo de 12
s
s
m
m
hasta 14
.
Al acelerarlo de 13
s
s
Se lanza verticalmente hacia abajo, desde 50 metros de altura, un cuerpo de 2 [kg] con una
rapidez inicial de 5 m . Considerando el suelo como nivel de referencia cero, ¿cuál es la energía
s
potencial del cuerpo en el momento de haber sido lanzado?
A)
B)
C)
D)
E)
0 [J]
25 [J]
100 [J]
400 [J]
1.000 [J]
Cpech
3
Ciencias Básicas Física
10.
La siguiente figura muestra la mano de un niño que deja caer una pelota de masa m desde un
punto O, por sobre la superficie de una mesa. En el dibujo, B y C son alturas medidas desde el
suelo y A es una altura medida respecto de la superficie de la mesa.
O
A
B
C
Despreciando el roce con el aire, y suponiendo que a nivel del suelo la energía potencial es cero,
es correcto afirmar que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
D)
E)
11.
el trabajo realizado por el peso de la pelota, desde O hasta el borde de la mesa, se puede
determinar como: m g·B – m·g·C.
el valor de la energía cinética cuando la pelota ha recorrido la distancia A, es igual al valor
que adquiere justo antes de impactar en el suelo.
el trabajo realizado por el peso de la pelota, desde el borde de la mesa hasta el suelo, se
puede determinar como: m·g·C.
Solo I
Solo III
Solo I y III
Solo II y III
I, II y III
Una esfera pequeña de 40 [kg] se encuentra sobre una caja, tal como se aprecia en la figura a.
0,7 [m]
0,2 [m]
a
b
Si la caja se voltea a la posición b, y considerando los datos de la figura, ¿cuál es la variación de
energía potencial que experimenta la esfera?
A)
B)
C)
D)
E)
4
Cpech
50 [J]
150 [J]
200 [J]
400 [J]
600 [J]
GUÍA PRÁCTICA
12.
Una esfera, inicialmente en reposo, comienza a deslizar por una rampa sin roce, tal como se
muestra en la figura.
Considerando que en el punto más alto del extremo opuesto de la rampa la esfera quedará en
reposo, y que la energía potencial gravitatoria a nivel del suelo es nula, de los siguientes gráficos
de energía cinética Ec y energía potencial gravitatoria Eg, en función del tiempo t, ¿cuál(es) de
ellos es (son) correcto(s) para la situación planteada?
Ec
Ec
Eg
t
I)
A)
B)
C)
13.
Solo I
Solo II
Solo III
t
t
II)
D)
E)
III)
Solo I y II
Solo II y III
El resorte del sistema de la figura está firmemente unido por uno de sus extremos a la pared,
y por el otro a un bloque, el que se ubica inicialmente en el punto A. En estas condiciones el
N
resorte se encuentra en posición de equilibrio, siendo su constante de rigidez k = 50
.
m
B
A
Si al llevar el bloque desde A hasta B el resorte se estira 10 [cm], ¿cuál es la energía potencial
elástica del resorte en el punto B?
A)
B)
C)
D)
E)
0,25 [J]
2,50 [J]
25,00 [J]
250,00 [J]
2.500,00 [J]
Cpech
5
Ciencias Básicas Física
14.
Un cuerpo cuelga del extremo de un resorte, el cual experimenta una deformación de x [cm]. Al
aumentar la deformación a 2x [cm], se verifica que
I)
II)
III)
la fuerza ejercida por el resorte sobre el cuerpo aumenta al doble.
la energía potencial elástica del resorte aumenta al cuádruple.
la constante de rigidez del resorte aumenta al doble.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
15.
16.
potencial gravitatoria de 60 [J].
cinética de 0 [J].
cinética igual a su energía potencial gravitatoria.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
Solo II y III
Es correcto afirmar que la energía potencial (gravitatoria y elástica) depende de la
velocidad.
posición.
altura.
D)
E)
masa.
constante elástica.
El trabajo neto necesario para incrementar la rapidez a un bloque de 5 [kg], desde 8 m a 10 m ,
s
s
es
20 [J]
30 [J]
60 [J]
D)
E)
90 [J]
120 [J]
Si la masa de un cuerpo disminuye a la mitad y su velocidad aumenta al doble, su energía cinética
A)
B)
C)
D)
E)
6
solo I y II.
I, II y III.
I)
II)
III)
A)
B)
C)
18.
D)
E)
Un cuerpo de masa 2 [kg] se deja caer libremente desde una altura de 3 [m]. Considerando la
energía potencial cero a nivel del suelo, es correcto afirmar que el cuerpo, antes de ser soltado,
tiene una energía
A)
B)
C)
17.
solo I.
solo II.
solo III.
Cpech
aumenta al cuádruple.
aumenta al doble.
se mantiene igual.
disminuye a la mitad.
disminuye a la cuarta parte.
GUÍA PRÁCTICA
19.
En un lugar determinado, desde el fondo de un pozo se extrae petróleo. Luego este es refinado
y se convierte en bencina, con la cual se llena el estanque de un motor que, al ser encendido,
mueve un generador (máquina de forma similar a un motor eléctrico que, al entregarle movimiento,
genera electricidad). Una persona conecta una estufa, una ampolleta y una radio al generador, lo
que permite que cada uno de estos artefactos funcione correctamente.
Por otra parte, en un lugar cercano se encuentra instalado un antiguo molino de viento. El dueño,
ingeniosamente, ideó la forma de conectar al molino un generador, de manera que cuando el
viento lo mueve este mueve el generador y produce electricidad. Así, el dueño del molino enciende
una ampolleta y su televisor.
Considerando que la electricidad, el calor, la luz y el sonido son tipos de energía, de las siguientes
opciones, ¿cuál(es) es (son) una conclusión correcta respecto de las características de la energía,
que puede estraerse del texto leído?
20.
I)
II)
III)
La energía puede transformarse, continuamente, de un tipo a otro.
En general, existe solo una forma de extraer energía de la naturaleza.
La energía eléctrica es una forma de energía muy versátil, que puede ser transformada con
relativa facilidad en otros tipos de energía.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo I y II
Solo I y III
Solo II y III
I, II y III
Un cuerpo es soltado desde un punto A, ubicado a una altura h, pasando por los puntos B y C
durante su caída, tal como lo muestra la figura.
A
h
2
h
B
C
h
4
Considerando los datos en el esquema, que no existe roce, y que EgA, EgB y EgC son la energía
potencial gravitatoria (respecto del suelo) del cuerpo en los puntos A, B y C, respectivamente, es
correcto afirmar que
A)
EgA = 2EgC
B)
EgA = EgB + EgC
C)
EgB = 2EgC
D)
EgB =
E)
EgC
2
EgB
EgA =
2
Cpech
7
Ciencias Básicas Física
21.
Un cuerpo de masa m se mueve horizontalmente con rapidez constante v a una altura h.
Considerando que el módulo de la aceleración de gravedad es g, es correcto afirmar que
II)
m∙v2
.
2
su energía potencial es m∙g∙h.
III)
su energía cinética aumenta en forma constante.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
Solo II y III
I)
22.
En cierto instante dos cuerpos, de masas m1 y m2, adquieren velocidades de tamaño v1 y v2,
respectivamente. ¿En cuál de los siguientes casos la energía cinética de ambos cuerpos es la
misma?
A)
B)
C)
D)
E)
23.
8
m1 = m2
m1 = m2
m1 = 4m2
m1 = 4m2
m1 = 8m2
y
y
y
y
y
v1 = 2v2
v2 = 2v1
v2 = 2v1
v2 = 4v1
v2 = 16v1
Al aplicar una fuerza F de magnitud 100 [N] sobre un resorte, este se deforma 10 [cm] respecto de
su posición de equilibrio. En estas condiciones, ¿cuál es la energía potencial elástica que posee
el resorte?
A)
B)
C)
D)
E)
24.
su energía cinética es
5 [J]
10 [J]
50 [J]
100 [J]
1.000 [J]
Mientras se sube un cuerpo de masa m con velocidad constante, desde el suelo hasta una altura
h, es correcto afirmar que
Cpech
I)
II)
III)
aumenta la energía potencial del cuerpo.
disminuye la energía cinética del cuerpo.
permanece constante la energía cinética del cuerpo.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
Solo I y III
GUÍA PRÁCTICA
25.
Un cuerpo de masa 4 kilogramos parte del reposo y se desplaza en línea recta sobre una superficie
rugosa, producto de la aplicación de una fuerza de magnitud F. Si luego de recorrer 2 metros la
m
, ¿cuál es el trabajo realizado por la
velocidad final que alcanza tiene una magnitud de 10
s
fuerza neta durante ese trayecto?
A)
B)
C)
D)
E)
100 [J]
150 [J]
200 [J]
600 [J]
1.200 [J]
Cpech
9
Ciencias Básicas Física
Tabla de corrección
Ítem
10
Cpech
Alternativa
Habilidad
1
Reconocimiento
2
Aplicación
3
Reconocimiento
4
Comprensión
5
Aplicación
6
Comprensión
7
Aplicación
8
ASE
9
Aplicación
10
Comprensión
11
Aplicación
12
Comprensión
13
Aplicación
14
ASE
15
Aplicación
16
Reconocimiento
17
Aplicación
18
Aplicación
19
Comprensión
20
ASE
21
Reconocimiento
22
ASE
23
Aplicación
24
Comprensión
25
Aplicación
GUÍA PRÁCTICA
Resumen de contenidos
Energía
La energía se define como la capacidad para
realizar un trabajo. Es una magnitud escalar.
•
Algunos tipos son:
- Térmica.
- Química.
- Eléctrica.
- Eólica
- Mecánica.
- Nuclear.
Energía cinética
La energía cinética es la energía asociada a un cuerpo
en movimiento. Se simboliza por Ec y se calcula como
Ec =
1
∙ m∙v2
2
En donde:
m: masa del cuerpo
v: rapidez del cuerpo
Sus unidades son:
S.I.: [joule] = [J]
C.G.S.: [ergio] = [erg]
Energía potencial (Ep)
La energía potencial es la energía asociada a la posición de un cuerpo, respecto de un nivel de
referencia definido. Puede ser de dos tipos:
-
Potencial gravitatoria.
Potencial elástica.
Sus unidades son: S.I.: [joule] = [J]
C.G.S.: [ergio] = [erg]
Cpech
11
Ciencias Básicas Física
- Energía potencial gravitatoria
Es la energía que posee un cuerpo sobre el que actúa la fuerza de
gravedad y que se encuentra a una cierta altura, respecto de un nivel de
referencia dado.
Se simboliza por Eg y se calcula como
Eg = m∙g∙h
En donde:
m: masa del cuerpo
g: módulo de la aceleración de gravedad
h: altura a la que se encuentra el cuerpo, respecto del nivel de referencia
- Energía potencial elástica
Es la energía que adquiere un cuerpo elástico al ser deformado respecto de su
posición de equilibrio natural.
Se simboliza por Ee y se calcula como
Ee =
1
∙ k ∙ ( x)2
2
En donde:
k: constante de elasticidad del cuerpo elástico
x: deformación del cuerpo elástico
Relación entre el trabajo y la energía
El trabajo realizado por la fuerza neta y el trabajo realizado por una fuerza conservativa (peso y/o
fuerza elástica) se pueden calcular fácilmente utilizando las siguientes relaciones.
Trabajo y energía cinética
WF
= Ec
WF
= Ecf
WF
= 1 m(vf2 vi2)
2
neta
neta
neta
12
Trabajo y energía potencial
WF
=
WF
= Ep
cons
Eci
cons
Epotencial
i
Ep
f
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Cpech