Conservación De Energía Mecánica

[Rosangela Pinkard]

EnergaMecnica y su Conservacin Descripcin: La conservacin de la fuerza mecnica (Medida en Joules) radica en la suma de varias energas, energa cintica, Energa Potencial elstica, Energa Potencial gravitatoria y Energa trmica. Durante el transcurso de la Conservacin de la Energa Mecnica, la energa cintica la cual ser la responsable del desplazamiento del Objeto es quien empieza esto, luego viene la fuerza potencial elstica la cual, dependiendo de la fuerza cintica, desplaza el objeto creando una deformacin temporal en este , Finalmente la fuerza gravitatoria ser la responsable de que se mantenga en el aire y que finalmente aterrice de vuelta en el suelo. En un sistema donde solo estn presentes energas conservadoras, esta valor se mantiene constante pero en muchos casos se presencian energas como la trmica que surgen como resultados de las dems energas disipando parte de estas y afectando la constante ligeramente. Formula/Diagrama: Emec = 0, Eci + Epi + Egi = Ecf + Epf + Egf Emec = Energa mecnica Ec = Energa cintica Ep = Energa potencial elstica Eg = Energa potencial gravitatoria i = Tiempo inicial f = Tiempo posterior Ejemplo: En este ejemplo podemos ver a un atleta en movimiento. Este da un salto largo por lo cual empieza en el suelo, se eleva por una cantidad de tiempo y posteriormente empieza a caer por la gravedad hasta alcanzar el suelo nuevamente. Este ejemplo demuestra claramente la ley de conservacin de la energa mecnica que consiste en el resultado constante entre la suma de la energa cintica, y potencial gravitatoria. La suma de estas siempre se mantiene constante ya que aunque las propiedades accionarias del atleta cambien su proporcionalidad se mantiene constante. En este caso, cuando el atleta salta la energa cintica disminuye mientras que la energa potencial gravitatoria aumenta al levantarse del suelo, posteriormente la energa potencial gravitatoria disminuye al caer mientras su energa cintica aumenta al obtener movimiento en la cada. En un sistema donde solo hay fuerzas conservadoras, este valor siempre se mantiene constante pero en este caso parte de energa se disipa en la cada y levantamiento en forma de energa trmica, ruido, etc.

Energa Potencial Gravitatoria La energa potencial gravitatoria es la energa que determina la capacidad que tiene un objeto en un campo gravitatorio para efectuar un trabajo. Este trabajo en en funcin de la posicin de este en el campo gravitatorio. La energa potencial gravitatoria terrenal de un cuerpo es relativa al nivel superficial de la tierra y tambin es relativo en otras escalas planetarias a la superficie del cuerpo ejerciendo el campo gravitatorio predominante. Al levantar un objeto de m kilogramos hasta una altitud denominada por h metros, este cuerpo obtiene esta energa (en joules) que se expresa por el nivel de trabajo que se realiza al levantarla y ejercer una fuerza contra el pulso gravitatoria. Esta energa potencial no se expresa como movimiento sino ms como una energa que impulsa y que le brinda una posicin a un objeto en un campo gravitatorio distinto al centro atrado o en este la superficie. El producto entre la masa del objeto, su altura y la velocidad gravitatoria del campo (planeta) resulta como la energa potencial gravitatoria por lo que la masa, altura, y velocidad gravitatoria son directamente proporcionales en el sentido que entre mas altura o masa tenga el cuerpo, mas sera la energa potencial gravitatoria hasta que llegue a un punto de nivelacin y disminucin al alejarse suficientemente del pulso gravitatorio. Ecuacin/Diagramas: Epg = m * g * h Epg = Energa potencial gravitatoria (joules, j) m = Masa del cuerpo (kilogramos, kg) g = aceleracin de gravedad del campo (ej: tierra = 9,81 m/s2) h = altura de cuerpo en relacin con campo gravitatorio (superficie) (metros, m) Ejemplo: En este escenario, se puede presenciar un claro ejemplo de la energa potencial gravitatoria. Al principio se muestra que la pelota se sita en el suelo (la superficie de la tierra) por lo cual su energa potencial gravitatoria es equivalente a 0. Este valor cambia cuando levantas la pelota y lo pones en una repisa a tres metros de altura, como la pelota se mantiene en la posicin de la repisa en el campo gravitatorio distinta al centro, la pelota obtiene energa potencial gravitatoria. Esta se calculara a base de tres factores: La altura a la cual se sita la pelota, la masa de la pelota y finalmente la velocidad gravitatoria que en este caso es el del planeta tierra siendo 9,81 m/s2. El producto de estos tres valores es la cantidad de energa potencial gravitatoria medida en joules.

Energa Cintica La energa cintica es la energa que posee un objeto al estar en movimiento. La energa cintica de un cuerpo es directamente proporcional a la mitad de su masa multiplicado al cuadrado su rapidez. El objeto al estar en reposo, tendr un coeficiente de energa cintica de cero, al estar en movimiento o acelerar se aumentar la energa cintica, para parar este objeto y que vuelva a su posicin inicial, se deber aplicar la misma fuerza, pero esta vez negativa y en sentido contrario. La energa acumulada permanece constante a menos que otra fuerza o cuerpo acta sobre este (Resistencia Del aire), cambiando su velocidad y energa cintica. Formula/Diagrama: K = 1/2m*v2 K = Energa cintica (joules, j) m = Masa (kilogramos, kg) v = Velocidad (metros por segundo, m/s) Ejemplo: Ac se puede observar el Pndulo de Newton, Este consiste de 3 o mas pelotas de misma masa (en este caso 0,01 kg). gracias a este modelo, se puede presenciar la conservacin de energa adems de la energa cintica. Las esferas, al tener tan poco roce con el aire no pierde mayor velocidad ni energa, lo que provoca que se produzca una transferencia de energa hacia las otras esferas. La primera pelota tiene una velocidad de 0,3 m/s por lo cual este cuerpo al estar en movimiento, contiene una cierta cantidad de energa cintica. Esta se calcular de acuerdo a la frmula mencionada previamente y como resultado nos dar 0.00045 J. Esto significa que la ltima pelota va a recibir la energa cintica de la primera, haciendo que esta siga con la misma direccin y velocidad. Finalmente, por efecto de gravedad, la esfera retorna y se volver a repetir el ciclo.

Potencia M Potencia Mecnica La potencia mecnica es el concepto fsico usado para determinar el trabajo empleado en un cuerpo mvil o inmvil (joules) en relacin con el tiempo transcurrido (en segundos) durante el plazo de esta accin. Esta funcin entre el trabajo y el tiempo empleado tambin se le refiere como a la rapidez del trabajo y expresa la capacidad del trabajo para realizar un trabajo en el menor tiempo posible. Las magnitudes que determinan el valor de la potencia mecnica son escalares por lo cual esta misma tambin lo es. Como cociente de estos factores resulta un valor que se mide en watts (joule/segundo). Finalmente el valor numrico representante de la potencia mecnica no puede ser de carcter negativo y si el cuerpo cuya fuerza interacta con es equivalente a 0, la potencia mecnica tambin lo ser. Formula/Diagrama: P =W/t= F*d/t= F*v P = Potencia mecnica (watts, W) W = Trabajo empleado (joules, j) t = tiempo transcurrido (segundos, s) d = desplazamiento (metros, m) v = velocidad (metros por segundo, m/s) Ejemplo: En este ejemplo hipottico, Arriba se presenta un Bugatti Veyron, uno de los autos mas rpidos del mundo. En la parte posterior se encuentra El primer Toyota Corolla, el E10. La diferencia entre caballos de fuerza y velocidad es bastante significante por lo cual su potencia tambin lo sera. En este escenario, se midi cuantos metros recorrieron estos dos autos a mxima velocidad durante 5 segundos. Para calcular la potencia de cada automvil se tendr que dividir el trabajo ejercido por cada auto por el tiempo empleado. En este caso, La potencia del Buggatti Veyron es mucho mayor a la del Toyota Corolla E10 lo cual tiene sentido ya que el primero tiene muchos mas caballos de fuerza y puede recorrer mas distancia en menos tiempo.

Trabajo Mecnico El trabajo mecnico ocurre cuando una fuerza externa emite una fuerza de accin en un cuerpo, (Inmvil o mvil) esto provocar un desplazamiento en l. Esta fuerza es referida como trabajo mecnico. Esta, aparte de tener una magnitud escalar. Toma en consideracin la fuerza y el ngulo multiplicado por la direccin de este y se tiene en cuenta el componente de la fuerza que acta en ngulo de desplazamiento del cuerpo. Es muy importante el valor del ngulo en el trabajo empleado, ya que depende de esta si la fuerza empleada ser mayor o menor. Si la fuerza se ejerce en direccin al desplazamiento, el trabajo es positivo (de 0 a 90), Si la fuerza se ejerce en sentido contrario al desplazamiento (90 o ms) el trabajo es Negativo, en caso de unidad de medida que se utiliza para medir el trabajo mecnico son los Joules (J). Formula/Diagrama: Formula: Trabajo Mecnico = Fuerza * Direccin * Cosθ Diagrama de trabajo Mecnico en funcin del Angulo Ejemplo en la vida real En este caso podemos ver a un nio el cual hipotticamente est moviendo una caja de verduras en la vega , representando la fuerza externa que va a actuar sobre el objeto (Objeto de Vidrio). Tambin se puede observar la diferencia en la fuerza requerida para mover el objeto, la cual depender del ngulo en que ser desplazado. En el caso 1, siendo que el ngulo ser de 45 y positivo, se har un esfuerzo mayor que en el caso 2 donde a pesar de tener el mismo valor, el esfuerzo es menor ya que menor el ngulo, menor es el esfuerzo (Fuerza requerida). Por ejemplo, en el caso 2, al ocupar la frmula se puede determinar el trabajo Mecnico si la fuerza es 5N, la direccin 2 metros y el ngulo 0 Reemplazando quedara: (Fuerza * Direccin * Cosθ) Fuerza Mecnica: 5N*2M*Cosθ Cosθ = 1 5*2*1= 10 Por lo tanto, la fuerza Mecnica en el caso 2 es de 10 Joules 10 (J)

La ley de la conservacin de la energa establece que la energa no puede crearse ni destruirse, slo convertirse de una forma de energa a otra. Esto significa que un sistema siempre tiene la misma cantidad de energa, a menos que se aada desde el exterior. Esto es especialmente confuso en el caso de las fuerzas no conservativas, en las que la energa se convierte de energa mecnica en energa trmica, pero la energa global sigue siendo la misma. La nica manera de utilizar la energa es transformar la energa de una forma a otra.

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