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Conservación de la energía - Contenido educativo
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Hola, buenos días. Vamos a continuar con las clases virtuales para este periodo extraordinario.
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En este caso, la clase que trata para el martes, es decir, la segunda de las clases virtuales.
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En este caso, el tema es la conservación de la energía y, en concreto, los tipos de energía.
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Y vamos a realizar ejercicio 9 de la ficha que os he colgado en el mismo aula virtual.
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Este ejercicio es bastante interesante debido a que aparece no solo la fuerza cinética y la fuerza potencial gravitatoria,
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que suele ser la habitual en este tipo de ejercicio, sino la fuerza potencial elástica.
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debido a que la energía potencial es aquella energía asociada a las fuerzas conservativas
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Para nosotros, la fuerza de la gravedad y la fuerza asociada a un muelle
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la fuerza proveniente de la ley de Hooke
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Ambas van a tener una energía potencial, la expresión va a ser distinta
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y la definiremos como energía potencial gravitatoria y energía potencial elástica
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Las diferenciaremos, pero aparecerán en el mismo término de energía potencial
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Por ello, este ejercicio de tener un muelle va a ser interesante para resolverlo y para ver su aplicación
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Toda la teoría la tenéis puesta anteriormente a este ejercicio práctico para observar en su resolución
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Pero si tenéis cualquier duda pues me podéis consultar
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El ejercicio 9 dice que tenemos un móvil, una caja que se mueve por una superficie horizontal sin rozamiento
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Como hablamos sin rozamiento, el rozamiento es recordar que la fuerza no conservativa por excelencia
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Podemos aplicar la conservación de la energía
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Si no hay rozamiento, conservación de la energía
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En caso de que haya rozamiento, veremos un vídeo para la sesión posterior, que es la degradación de la energía.
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La masa es 5 kilos y la velocidad al inicio del movimiento son estos 4 metros por segundo.
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Hay un muelle al final de la superficie horizontal que tiene una constante elástica de tan solo 1 newton partido metro.
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Entonces, en el momento, me piden en primer lugar la energía cinética en el momento en que la masa alcanza el muelle.
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Aquí tenemos una pequeña representación en cómo la caja se mueve por una superficie horizontal para llegar al muelle.
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Fijaos que como la superficie es horizontal, el nivel de altura siempre es el mismo
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Y podemos indicar que este nivel de altura es el nivel 0
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Por tanto, no va a haber energía potencial gravitatoria
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Porque esta está asociada a la gravedad y a la altura
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Como no hay altura, que siempre es la misma, siempre es nivel 0
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No la vamos a tener en cuenta en el ejercicio
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¿Qué tenemos que tener en cuenta?
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Que sí que existe una energía potencial elástica asociada al muelle
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Pero en este caso, me pide la energía cinética antes, justo antes de alcanzar al muelle
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Con lo cual el muelle todavía no ha intervenido
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y la energía cinética va a ser siempre la misma, que en este caso es un medio de la masa por la velocidad al cuadrado de 40 J.
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Es siempre la misma, puesto que no hay rozamiento.
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En el apartado B ya me piden la compresión máxima del muelle.
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Entonces aquí yo sí tengo que aplicar la conservación de la energía,
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que es que la energía mecánica inicial es igual a la energía mecánica final.
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¿Quién es la energía mecánica? La cinética más la potencial y la final igual, cinética más potencial.
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¿Cuál es la clave? Que siempre alguno de estos términos se suele hacer cero.
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En este caso la energía potencial inicial es cero. ¿Por qué?
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Porque al inicio, como podéis observar, no hay muelle y hablamos del nivel de altura cero.
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Y sin embargo la energía cinética final es cero porque la caja se va a parar justo cuando comprima al máximo el muelle
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De tal manera que así podemos observar que nos queda que la energía cinética inicial es igual a la energía potencial final
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La energía cinética inicial, un medio de la masa por la velocidad del cuadrado
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Y la otra la asociada a la energía potencial elástica
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Donde tenemos que despejar este factor X
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Despejo este factor X y para eliminar el cuadrado realizo la raíz y me queda 8,94 metros
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Un valor altísimo debido principalmente a que la constante elástica es muy pequeña, de tan solo 1 N partido metro
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Si fuera una constante elástica más grande, un muelle más normal de 100, 200, pues entonces el resultado habría sido más coherente y más lógico
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En el segundo apartado, en el apartado C, me pide la velocidad cuando el muelle se ha comprimido tan solo 10 cm
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De tal manera que tenemos que aplicar de nuevo la conservación de la energía
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Y de nuevo solo tener en cuenta que tenemos energía potencial elástica y no gravitatoria
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El ejercicio es el mismo, lo único que ocurre es que la energía potencial
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La energía cinética final no es cero
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Es la que voy a tener que obtener, esa velocidad final, que es lo que me están preguntando
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Y la energía potencial final tampoco es cero puesto que el muelle se comprime poco
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Pero se comprime en este caso 0,1 metros, esos 10 centímetros
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Lo que sí que es cero es la energía potencial inicial puesto que al inicio no hay muelle
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Entonces nosotros sustituimos cada una de las expresiones
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Esta por esta, esta por esta y esta en esta
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Teniendo en cuenta que la velocidad inicial vale 4 metros por segundo
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Que la K vale 1 newton partido metro
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La compresión 0,1 metros
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Todo siempre en unidad del sistema internacional
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Y la velocidad final, que es el único factor que no sé, lo dejo en forma de letra
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Hago las cuentas y despejo simplemente la velocidad final al cuadrado
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Esto que está sumando pasa restando
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Y luego el 2,5 que está multiplicando pasa dividiendo
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Y para eliminar al cuadrado la raíz obtengo una solución de 3,99 metros por segundo
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Es decir, ha perdido un poco de velocidad en comprimir el muelle
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Claro, va perdiendo velocidad a la vez que va comprimiendo el muelle
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De tal manera que habrá un momento
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¿Qué momento?
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Los 8,94 metros
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En los cuales el muelle se ha comprimido al máximo
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Y la velocidad ya es 0
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En el próximo día veremos este tipo de ejercicios
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Cuando sí aparece el rozamiento
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Y entonces no se conserva la energía
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Es lo que denominamos degradación de la energía
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Para cualquier duda más consultadnos
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Un saludo
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- Autor/es:
- Miguel Ros
- Subido por:
- Miguel R.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial
- Visualizaciones:
- 72
- Fecha:
- 12 de junio de 2021 - 17:36
- Visibilidad:
- Público
- Centro:
- IES SENDA GALIANA
- Duración:
- 04′ 59″
- Relación de aspecto:
- 1.78:1
- Resolución:
- 1280x720 píxeles
- Tamaño:
- 436.43 MBytes
