LA ENERGÍA: UNA MAGNITUD PARA CUANTIFICAR LOS CAMBIOS EN LA MATERIA

Transcripción

1 LA ENERGÍA: UNA MAGNITUD PARA CUANTIFICAR LOS CAMBIOS EN LA MATERIA Todos los sistemas materiales experimentan cambios continuamente. Para cuantificar cómo de grande es un cambio los científicos han identificado una propiedad de la materia muy apropiada para ello y la han denominado energía. Así pues, la energía es una propiedad que tienen los cuerpos en virtud de la cual pueden producir transformaciones en sí mismos o en otros cuerpos. Como un cuerpo puede producir transformaciones por causas muy diversas, se identifican diferentes tipos de energía: energía cinética (asociada a la velocidad), energía potencial gravitatoria (asociada a la altura a la que se encuentran), energía térmica (asociada a su temperatura), energía química (asociada a su composición química), energía elástica (asociada a la deformación de los cuerpos elásticos), etc. Existen otros tipos de energía, pero por ahora con éstos nos basta. A1. Indica qué transformaciones de energía ocurren en los siguientes deportes: El campeón del mundo de 100 m lisos arranca del reposo y alcanza una velocidad máxima de 43,9 km/h en 6,32 seg Alberto Contador asciende con velocidad constante el puerto de Sierra Nevada desde Pinos Genil (a 810 m de altitud) hasta Pradollano (a 2369 m de altitud) Cuando Iker Casillas hace un saque de puerta la pelota sale desde el césped con una velocidad de 95 km/h y alcanza una altura máxima de 38 m a una velocidad de 50 km/h Un barco de vela ligera, como el de la categoría olímpica Láser, puede alcanzar una velocidad de 10 nudos partiendo del reposo si las condiciones del mar son óptimas.

2 Cuando un arco está tenso y se suelta la flecha sale con una velocidad de unos 200 Realiza en casa la ficha individual nº1: Transformaciones de De cara al producto final de este proyecto tenéis que realizar en grupo un póster en formato digital en el que se muestre las transformaciones de energía que tienen lugar en alguna modalidad deportiva que vosotros elijáis. Podéis fijaros en el ejemplo que hay colgado en la wiki. La energía potencial gravitatoria (Epg) y la energía cinética (Ec) son fáciles de calcular a partir de las expresiones que han identificado los físicos: Epg = mgh Ec 1 = mv 2 2 Las unidades que se utilizan para cuantificar la energía son el julio (J) y la caloría (cal), aunque para valores grandes también se utilizan el kilojulio (kj) y la kilocaloría kcal). 1 J = 0,24 cal 1 cal = 4,18 J 1 kj = 1000 J 1 kcal = 1000 cal A2. El siguiente gráfico muestra la altimetría de un puerto de montaña: el que sube desde El Parador hasta El Marchal de Enix. Muchos ciclistas lo suben todos los fines de semana. Imagina un ciclista que pese 70 kg y que con su bici de 10 kg sube desde El Parador hasta el puerto de El Marchal.

3 a) Completa la siguiente tabla teniendo en cuenta que el valor de la gravedad en la superficie de la Tierra es g=9,8 N/m. Lugar del trayecto Distancia recorrida aproximadamente (km) Altura aproximada (m) Energía potencial gravitatoria (J) Rotonda de El Parador 4 km 514 m 692,3 J Cima del puerto El Marchal de Enix b) Cuánta energía potencial gana el ciclista desde que sale hasta que alcanza la cima? De dónde sale esa energía?

4 @ Realiza en casa la ficha individual nº2: Cálculo de energía cinética Pero lo que hace de la energía una herramienta verdaderamente útil para los científicos no es su significado, sino uno de sus atributos más importantes: su principio de conservación. En cualquier transformación la cantidad de energía total que hay antes y después de la transformación es siempre la misma. Eso significa que todo los que disminuye la energía por un lado coincide exactamente con todo lo que aumenta por otro. A3. Una lanzadora de jabalina ejecuta un lanzamiento soltando la jabalina desde una altura de 1,85 m del suelo saliendo la jabalina con una velocidad de 21,8 m/s. B C D E A F g = 9,8 N/kg a) Completa la siguiente tabla:

5 Posición Altura (m) Velocidad (m/s) E pg (J) E c (J) A 1,85 21,80 B 5 20,33 C 10 17,76 D 16 14,07 E 10 17,76 F 1 22,18 b) Cuánta E pg gana la jabalina al pasar de la posición A a la posición C? Cuánta E c pierde en ese caso? c) Cuánta E pg gana la jabalina al pasar de la posición C a la posición E? Cuánta E c pierde en ese caso? d) Cuánta E pg pierde la jabalina al pasar de la posición E a la posición F? Cuánta E c gana en ese caso? e) Qué conclusión podemos Realiza en casa la ficha individual nº3: Conservación de la energía

6 Existen unos tipos de energía que son más útiles para el ser humano, ya que a partir de ellos podemos producir muchas transformaciones diferentes en nuestro beneficio. Otros tipos de energía, por el contrario, son menos útiles, ya que no somos capaces de aprovecharlos para producir transformaciones en nuestro beneficio. Cuando se producen transformaciones de energías más útiles en menos útiles decimos que la energía se degrada. A4. Si analizamos los tres casos de la A6 con un poco más de profundidad podemos tener la sensación de que al final hay energía que desparece, contradiciendo esí el principio de conservación de la energía. a) En el caso de la pelota que lanzó Rafa Nadal, si no hay nadie en el otro lado de la pista que responda al saque, la pelota chocará con el suelo y con el fondo de la pista hasta que se para. Dónde ha ido a parar toda la energía cinética con la que salió de la raqueta de Rafa? b) En el caso del saltador de trampolín, una vez que entra en el agua y vuelve a la superficie se queda parado. Dónde habrá ido a parar finalmente toda la energía potencial con la que partió desde lo alto del trampolín? c) Cuando Zhou Lulu suelta las pesas, estas vuelven al suelo y botan varias veces hasta que se quedan quietas. Dónde habrá ido a parar toda la energía potencial que tenían las pesas a 1,90 m del suelo? d) Qué conclusión general podemos sacar de todos estos casos?