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Degradación de la energía - Contenido educativo

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Subido el 12 de junio de 2021 por Miguel R.

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Hola, buenas tardes. Continuamos con las clases virtuales en esta semana de periodo extraordinario. 00:00:00
En este caso, la clase trata acerca de la degradación de la energía. 00:00:04
Vamos a ver un ejemplo práctico, que es el ejercicio 8 de la ficha de trabajo y energía, 00:00:08
que está colgada también en el aula virtual, donde, como podemos observar en el dibujo esquemático, 00:00:11
en la primera parte del movimiento, en la que vamos a llamar la curva, 00:00:15
no hay rozamiento y, por tanto, vamos a volver a aplicar de nuevo la conservación de la energía. 00:00:19
Y en la segunda parte, que es en este periodo de superficie horizontal, 00:00:23
es un periodo donde sí hay rozamiento y por tanto debemos de aplicar la degradación de la energía. 00:00:26
Nos dice además que tenemos una masa de 3 kg, que parte inicialmente de una altura de 4 m 00:00:31
y que a los 10 m de desplazarse por esta superficie con rozamiento se acaba parando. 00:00:36
Vemos así las dos partes diferenciadas de la conservación de la energía y de la degradación de la energía 00:00:41
que es de lo que trata la clase virtual de la sesión de hoy. 00:00:45
En el primer apartado solamente me tengo que mover en la parte de la curva, 00:00:48
Es decir, solamente voy a aplicar la conservación de la energía y me indican que sabiendo que el bloque parte de la situación 1 y que parte parado, a qué velocidad llegará justo a la situación 2, justo aquí cuando va a empezar el plano horizontal con rozamiento. 00:00:53
Como en la curva no se degrada la energía, no existe fuerza de rozamiento, podemos aplicar la conservación de la energía, que es la energía mecánica inicial, es decir, en el punto 1, es igual a la energía mecánica final, es decir, en el punto 2. 00:01:07
Sustituye en este caso las energías mecánicas por la cinética más la potencial 00:01:20
Observando a deber de la representación que en este caso no va a haber ningún muelle 00:01:25
Con lo cual la energía potencial solo se va a asociar a la energía potencial gravitatoria 00:01:29
Es decir, a la gravedad y a la altura 00:01:32
Y no a la energía potencial elástica porque no hay muelle 00:01:34
Por ello podemos observar que la energía cinética inicial es cero 00:01:38
Porque como digo, se deja caer la pelota a su velocidad inicial es cero 00:01:43
Y la energía potencial final va a ser cero 00:01:46
porque allí es donde sitúo el sistema de referencia a nivel de suelo y por tanto la altura es cero. 00:01:47
Así lo que obtengo es que la energía potencial inicial es igual a la energía cinética final, 00:01:52
cada una de las expresiones, mgh igual a 1 medio de la masa por la velocidad al cuadrado, 00:01:56
fijaos que la masa no haría falta explícitamente conocerla en este caso, 00:01:59
y simplemente despejo la velocidad final, el 2 que estaba dividiendo pasa multiplicando en la gola raíz 00:02:03
y obtengo una velocidad cuando llega a la superficie del plano de 8,85 m por segundo. 00:02:07
En el apartado siguiente lo que me piden es el trabajo que realiza la fuerza de rozamiento. 00:02:12
¿Dónde actúa la fuerza de rozamiento? Sólo en la superficie horizontal, con lo cual nos vamos a ceñir exclusivamente en la superficie horizontal aplicando la degradación de la energía. 00:02:17
¿Qué es expresión de la degradación de la energía? Pues que la variación de la energía es igual a ese trabajo de rozamiento. 00:02:26
Es decir, la energía mecánica final en 3, cuando el objeto ya se ha parado, menos la energía mecánica inicial, que ya puede ser en 2 o en 1, porque la energía se conserva, que es lo que explico aquí. 00:02:32
Si lo podéis leer bien, en lo que explico aquí, en rojo 00:02:40
Puedo trabajar con la energía mecánica en el punto 2 y en el punto 1 00:02:46
Puesto que como se conserva es la misma, va a ser igual a ese trabajo de rozamiento 00:02:50
La energía mecánica final, de hecho, va a ser 0 00:02:54
¿Por qué? Porque el objeto está a nivel de altura 0 y además se ha parado 00:02:57
Con lo cual, como se para, la energía cinética es 0 y potencial porque está a nivel de altura 0 00:03:00
Y la energía cinética inicial también es 0 porque voy a considerar el punto inicial 00:03:05
En el punto 2, el punto 1 00:03:09
El punto inicial en el punto de altura 00:03:11
De arriba del todo 00:03:14
Que solo tendrá energía potencial 00:03:15
¿Veis? Me queda el signo menos 00:03:17
Ojo que este signo menos lo arrastro 00:03:19
Por eso lo he puesto entre paréntesis 00:03:21
Y me queda el menos igual al trabajo de rozamiento 00:03:22
Con lo cual menos mg por h 00:03:25
Que me sale menos 117,6 J 00:03:27
El trabajo de rozamiento siempre es negativo 00:03:30
¿Por qué? 00:03:32
Porque es una energía que se está perdiendo 00:03:33
Se pierde, en este caso 00:03:35
En aumentar la energía interna del propio sistema 00:03:37
Generalmente en una pérdida de energía en forma de calor 00:03:41
Debido al rozamiento 00:03:44
Pero es una energía que se pierde, que pierde el sistema 00:03:46
Y por ello siempre va a ser negativa 00:03:48
En el apartado C me preguntan cuál es el coeficiente de rozamiento 00:03:51
¿De dónde lo tengo? 00:03:55
Del trabajo de rozamiento 00:03:56
No olvidemos lo que vimos en la primera sesión 00:03:57
Y es que el trabajo de rozamiento era igual 00:03:59
O el trabajo era igual a la fuerza por el desplazamiento 00:04:00
Con ese producto escalar que os he señalado aquí 00:04:04
Entonces recordad que el trabajo, como es de rozamiento, pues será la fuerza de rozamiento por ese desplazamiento 00:04:06
¿El producto escalar quién era? 00:04:10
Modulo del primero por el modulo del segundo por el coseno del ángulo que forman 00:04:12
¿Pero qué ángulo forman el rozamiento y el desplazamiento? 00:04:15
Siempre forman 180 grados 00:04:19
Esta es una de las claves de estos ejercicios 00:04:21
Y es que el rozamiento siempre se opone al movimiento 00:04:23
Para nosotros en estos ejercicios, en algunas situaciones peculiares en que no 00:04:26
Pero para nosotros en este tipo de ejercicios 00:04:29
El rozamiento siempre se va a oponer al movimiento 00:04:31
y por tanto va a formar un coseno de 180 grados que va a ser menos 1. 00:04:34
A su vez la fuerza de rozamiento, como ya sabemos, es muy por la normal 00:04:38
y a partir de las leyes de Newton que hemos estado viendo en el tema de dinámica, 00:04:40
en un plano horizontal, recordad que en un plano horizontal podemos deducir que la normal es la masa por la gravedad. 00:04:44
Y entonces despejando puedo obtener el valor del coeficiente de rozamiento. 00:04:49
Fijaos que el trabajo de rozamiento que es negativo se cancela con este signo negativo 00:04:52
y me queda un coeficiente de rozamiento positivo y además entre 0 y 1. 00:04:56
Recordad que el coeficiente de rozamiento siempre tiene que valer entre 0 y 1, en este caso 0,4. 00:04:59
Por último, vamos a realizar un último apartado, que es el apartado D, en el cual me preguntan si hubiera un muelle al final, a 4 metros del final de la rampa, ¿cuánto se comprimiría el mismo? 00:05:04
Suponiendo que sigue existiendo rozamiento, porque me sigo trasladando sobre esa superficie horizontal, en la cual ya conozco que el coeficiente de rozamiento vale 0,40. 00:05:14
Fijaos que es un ejercicio en el cual, si yo hago mal alguno de los apartados, voy arrastrando el error. 00:05:23
Entonces, de nuevo tengo que aplicar la degradación de la energía 00:05:27
Y en este caso, la energía mecánica final será la energía cinética final 00:05:31
Donde se para 00:05:35
Pero ahora sí va a haber energía potencial final 00:05:36
¿Por qué? 00:05:39
Porque al final, a pesar de estar en altura cero 00:05:40
Ahora sí hay un muelle 00:05:42
Entonces la energía potencial final es la del muelle 00:05:43
¿Vale? 00:05:46
Es solo esa energía elástica 00:05:47
Mientras que al inicio no tengo energía cinética 00:05:49
Porque la pelota estaba parada, la dejó caer por la rampa 00:05:52
pero sí tengo energía potencial gravitatoria, lo que notamos muy bien. 00:05:55
Entonces en los dos casos tengo energía potencial, pero distinto tipo, 00:06:00
una elástica y la otra gravitatoria, hay que saber distinguir cuándo. 00:06:03
Eso va a ser igual al trabajo de rozamiento, que es la fuerza de rozamiento por el desplazamiento 00:06:06
por el coseno del ángulo que forman, que de nuevo va a ser 180 y por tanto menos 1. 00:06:09
La fuerza de rozamiento es 1 por la normal y eso es la normal de nuevo es la masa por la gravedad. 00:06:13
Ahora, ¿qué varía? Que simplemente el desplazamiento no son los 10 metros que me había indicado anteriormente, 00:06:18
si no solo 4 metros 00:06:22
y este término que está aquí restando 00:06:22
lo paso al otro lado sumando 00:06:25
como veis lo paso sumando la masa por la gradación por la altura 00:06:27
que eran esos 117,6 julios 00:06:29
el resto 00:06:32
lo que ha perdido por rozamiento 00:06:33
y puedo despejar el valor de X que me sale 0,53 metros 00:06:35
que va a ser lo que se comprime el muelle 00:06:38
espero que 00:06:40
este ejercicio que es el más complejo 00:06:41
de todos los que vamos a ver en esta sesión de periodo extraordinario 00:06:43
nos ha ayudado a entender 00:06:46
un poquito mejor la aplicación de la conservación 00:06:47
y de la regalación de la energía 00:06:49
Quizás la parte más importante es esta degradación porque combina la conservación de la energía, 00:06:51
la definición de la energía cinética, la energía potencial, tanto gravitatoria como elástica, 00:06:55
y a su vez también el concepto de trabajo, en este caso aplicado a la fuerza de rozamiento. 00:06:59
Con lo cual, como podéis observar, es un ejercicio muy completo, relativamente largo, de estrategia definida 00:07:03
y que hay que aprender a conocer, puesto que los términos de fuerza conservativa y no conservativa 00:07:09
van a ser bastante importantes de cara al curso lectivo próximo. 00:07:13
Por último, la última de las sesiones, la que nos queda, la del jueves 00:07:16
Será relativa a la energía pero dedicada al oscilador armónico 00:07:21
Cualquier duda más consultadme, un saludo 00:07:25
Autor/es:
Miguel Ros
Subido por:
Miguel R.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial
Visualizaciones:
53
Fecha:
12 de junio de 2021 - 18:04
Visibilidad:
Público
Centro:
IES SENDA GALIANA
Duración:
07′ 29″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1280x720 píxeles
Tamaño:
656.12 MBytes

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