ORT. Departamento de Física Energía Transformaciones Sistemas conservativos Guía de Problemas

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Joaquín Ramírez Maestre
hace 6 años
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ORT Departamento de Física Energía Transformaciones Sistemas conservativos Guía de Problemas Levantose en esto un poco de

constituyen una de las primeras e ingeniosas maneras de aprovechar la energía del viento uando supere la cima, y comience a

cinética. Detrás de ese divertido (o angustioso) proceso, está el principio de conservación de la energía.

1 ORT Departamento de Física Energía Transformaciones Sistemas conservativos Guía de Problemas Levantose en esto un poco de viento y las grandes aspas comenzaron a moverse Miguel de ervantes (El Quijote) Junto con los barcos a vela, los molinos constituyen una de las primeras e ingeniosas maneras de aprovechar la energía del viento uando supere la cima, y comience a descender por el otro lado, buena parte de la energía potencial que ganó el carro en el ascenso, se transformará en energía cinética. Detrás de ese divertido (o angustioso) proceso, está el principio de conservación de la energía. Porque no engraso los ejes Me llaman abandona o Si a mi me gusta que suenen Pa que los quiero engrasaos? Atahualpa Yupanqui (Los ejes de mi carreta) ORT

2 De qué trataremos En el anterior curso de Física estudiaste uno de los conceptos básicos de esta ciencia: la energía. Su característica fundamental es que no puede crearse ni destruirse, sólo es posible que se transfiera de un sistema a otro. Al transferirse, la energía puede cambiar la manera en que se presenta y por eso se dice que puede tomar diversas formas: a) Energía cinética, que tiene todo cuerpo en movimiento y se calcula como ½.m.v 2, donde m es la masa del cuerpo y v la rapidez con que se mueve. b) Energías potenciales, originadas en las interacciones o fuerzas entre los cuerpos. Por ejemplo, la energía potencial gravitatoria de un cuerpo depende de su masa (m), la altura a la que se encuentra (h) y de la aceleración de la gravedad (g), y se calcula como m.g.h. Resulta útil definir la energía mecánica, que es la suma de la cinética y todas las potenciales que un cuerpo tiene: E mec = E cin + E pot En ciertos casos, el valor de la energía mecánica de un sistema no se modifica, aunque el sistema sufra transformaciones (por ejemplo, cuando un cuerpo cae hacia el suelo sin rozar contra ningún otro). Pero en la mayoría de los casos, la energía mecánica se modifica. Sección 1: La energía en Sistemas onservativos 1) Una de las características destacables de la energía es que puede transformarse. onsiderá los siguientes ejemplos y respondé en tu carpeta las preguntas correspondientes: a) Dos imanes separados se atraen intensamente. Si se los suelta qué sucede? Qué tipo de energías aparecen en este proceso? ómo se podrían usar los imanes para guardar energía? b) Si los imanes no ejercieran fuerza, se podría almacenar energía con ellos? c) Si en vez de atraerse, los imanes se rechazaran cómo se podría guardar energía con ellos? d) Un paquete está quieto sobre el piso y una persona lo eleva hasta un estante, donde lo deja apoyado, qué transformación de energía se produce mientras el paquete cae? e) Si el paquete está quieto, tiene más energía arriba o abajo? 2) Determiná cuáles afirmaciones son verdaderas y cuáles falsas: a) Un cuerpo ubicado a un metro de altura sobre la superficie de la Luna tiene menos energía gravitatoria que el mismo cuerpo ubicado a un metro de altura sobre la superficie terrestre. b) uando un cuerpo cae, aumentan al mismo tiempo su energía gravitatoria y su energía cinética. 3) uáles de las siguientes expresiones corresponden a unidades de energía? a) gr. cm/s 2 b) kg. km 2 /h 2 c) Ton. m 2 /s d) Kg. m 2 /s 2 e) N. m ORT

La figura muestra un sistema formado por dos bolitas unidas mediante un resorte, apoyadas sobre una mesa.

3 4) Entre las formas de energía que existen están las energías potenciales, relacionadas con las fuerzas que existen entre los cuerpos. Los cuerpos elásticos que se deforman, como los resortes, pueden almacenar energía potencial elástica. La figura muestra un sistema formado por dos bolitas unidas mediante un resorte, apoyadas sobre una mesa. a) Describí una situación en que la cantidad de energía que almacena es mayor que en la situación mostrada. ómo tendrías que proceder en la práctica, a partir de la situación inicial, para conseguir almacenar más energía en el resorte? De dónde provendría la energía que se transmite al resorte? b) Si, a partir de esta nueva situación, dejaras libre al resorte y las bolitas qué transformación de energía se produciría? 5) Una bolita está apoyada en el extremo de un resorte comprimido y quieta, qué transformación de energía se produce cuando el resorte es liberado, en cada una de las situaciones que muestran los esquemas? I ) Resorte en posición horizontal II ) Resorte en posición vertical 6) Respondé las siguientes preguntas: a) Explicar qué sucede con la energía cinética de una pelota que rueda por el suelo y termina frenándose. uál es el mecanismo mediante el cual la pelota pierde su energía? b) Un auto frena y se detiene. Qué pasó con su energía cinética? Qué transformación de energía se produjo? c) Por qué es necesario que el motor funcione para que un auto se mantenga en movimiento? d) Un carrito se desliza hacia abajo desde lo alto de una loma llegará a la misma altura del otro lado? Explicar a partir del concepto de energía. e) Dos autos se mueven sobre la misma carretera, en sentidos opuestos, cada uno con determinada energía cinética. Si chocan y quedan quietos, dónde está la energía cinética que tenían? ORT

4 7) Mencioná un ejemplo para cada situación: a) Un cuerpo cuyas energías cinética y gravitatoria aumenten. b) Un cuerpo que posea energía elástica y energía gravitatoria, pero que no posea energía cinética. c) Un cuerpo cuya energía cinética disminuya y energía elástica aumente. d) Un cuerpo que posea energía cinética constante y energía gravitatoria en disminución. 8) Un cuerpo de 50kg se eleva a una altura de 12m sobre el piso. a) uánto cambió su energía potencial gravitatoria? b) Si no hubo ningún tipo de rozamiento, cuál será el valor de su energía cinética cuando haya caído 6 m? 9) Una persona parada en el borde de un acantilado de 300 m de altura arroja hacia abajo una piedra (m = 2kg), que sale de su mano con una velocidad de 6 m/s. onsiderá despreciable la resistencia del aire. a) uánto vale la energía mecánica de la piedra en el momento que parte? y durante el resto del movimiento? b) alculá la velocidad de la piedra cuando haya descendido 30 m c) alculá la velocidad de la piedra cuando esté a 100 m del suelo. 10) Un carrito de una montaña rusa comienza a subir la cuesta con una rapidez de 8 m/s; despreciando las pérdidas, podrá pasar la primera cima si ésta tiene 5 m de altura? 11) Un chico de 40kg se deja caer desde una altura de 1m sobre una cama elástica. Suponiendo que las pérdidas de energía son insignificantes: a) uánta energía se almacena en la cama elástica en el instante en que el chico alcanza el reposo parado sobre ella? b) A qué velocidad será lanzado al aire nuevamente? 12) Se suelta un bola de 4kg de masa sobre la alto de la montaña rusa de la figura. Despreciando el rozamiento, y sabiendo que al pasar por su velocidad fue de /s. Se pide A H D 2m B E a) alcular la velocidad en A;D y E b) alcular la altira H desde donde se lo soltó c) Si la masa de la bolita fuera de 8kg ómo serían las velocidades? d) En función de la respuesta anterior:la velocidad de la bolita depende de la masa? ORT

5 13) Un péndulo de 5 kg de masa se empuja desde A con una velocidad de 2m/s.Si se desprecia el rozamiento se pide: a) alcular la velocidad al pasar por el punto B b) alcular la altura máxima que alcanzará el péndulo al pasar para el otro lado (es decir en ) UIDADO ON A B 40 cm 10 cm 14) Se sueltan 2 esferas de 6ka de masa cada una, desde una altura de 4 m. Una cae por una rampa y la otra en caída libre como se muestra en la figura. alcular para cada caso la velocidad que alcanza cada bolita al llegar al piso 15) Un auto de 10kg, que está inicialmente quieto en A, es empujado con una fuerza constante durante 8 segundos, a lo largo del tramo AB alcanzando en B una velocidad de 30m/s. A partir de allí se lo suelta. Si se desprecia el rozamiento se pide: a) Hallar las Energías en todos los puntos b) Hallar la velocidad en todos los puntos c) Hallar la altura máxima alcanzada en G d) Qué tipo de movimiento describirá en AB, D, y EF MRU o MRUV? e) Se mantiene la energía mecánica constante, a lo largo de todo el recorrido? Justifica la respuesta G F v A =0 10m D 10m Altura máxima (H máx. ) A B E F ORT

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