Actividad: ¿Qué es la energía mecánica?
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Actividad para el estudiante El movimiento ¿Qué es la energía mecánica? Nivel: 2º medio Subsector: Ciencias físicas Unidad temática: El movimiento Ver video “Conservación de la energía” Actividad: ¿Qué es la energía mecánica? ¿Por qué se mueve un cuerpo? ¿Qué tiene que ocurrir para que se mueva? Piensa ahora en tu propio cuerpo, ¿qué necesitas para moverte? La respuesta es simple y tú ya lo sabes: necesitamos energía. Pero, qué pasa con los cuerpos inertes, ¿tienen energía? ¿Cómo se mueven? La energía se define como la capacidad que tiene de un cuerpo de realizar un trabajo. Este trabajo puede ser cambiar de posición. Cuando corremos o simplemente nos movemos de un lugar a otro, utilizamos la energía que tenemos disponible en nuestro cuerpo. Esta energía no se pierde, sino que se transforma en un trabajo, como en este caso; correr o caminar. Ahora supongamos que tenemos un objeto en la parte alta de un edificio. ¿Tendrá energía? Relee la definición de energía antes de continuar y piensa en la respuesta. Así es, todos los objetos o cuerpos tendrán energía siempre y cuando puedan transformar esta energía en un trabajo. Por lo tanto, un cuerpo que se encuentra en lo alto de un edificio sin moverse, tiene una energía que se encuentra disponible y que, en este caso, depende de la altura. La energía vinculada a un cuerpo nunca se pierde, simplemente se transforma en otros tipos de energía que llamamos de diferentes maneras. Así es, si trabajo lo entendemos como el gasto de energía que utilizamos en cada actividad que realizamos, lo que estamos haciendo en realidad es cambiar la energía por trabajo. A continuación te presentamos una actividad mediante la cual podrás estudiar las energías que permiten que los cuerpos se muevan: la energía mecánica. La energía mecánica es la suma de la energía potencial (EP) y energía cinética (EC) que tienen los cuerpos. E M = EC + E P 1 Actividad para el estudiante El movimiento ¿Se puede comprobar el principio de conservación de la energía? Nivel: 2º medio Subsector: Ciencias físicas Unidad temática: El movimiento Ver video “Conservación de la energía” Actividad: ¿Se puede comprobar conservación de la energía? el principio de La energía cinética y la energía potencial de un cuerpo corresponden a la energía mecánica de este. La energía cinética se relaciona con el movimiento de los objetos, es decir, mientras más rápido viaje un cuerpo, más energía cinética tiene. EC = 1 2 mv 2 La energía potencial es aquella asociada a la posición de un cuerpo. Esta energía depende de la altura, un cuerpo mientras más alto se encuentre, más energía potencial tiene. E P = mgh La energía mecánica de los cuerpos es constante en el tiempo, entonces se cumple que: E M = [EC + E P ] = cons tan te Si los escribimos de otra forma, el principio de conservación de la energía indica que la energía mecánica de un cuerpo debe ser igual en cualquier instante del movimiento de este cuerpo. Por lo tanto: E M = [EC + E P ] = cons tan te ⎡1 ⎤ E M = ⎢ mv 2 + mgh⎥ = cons tan te ⎣2 ⎦ O bien: E M (1) = E M ( 2) ⎡1 2 ⎤ ⎡1 2 ⎤ ⎢⎣ 2 mv + mgh⎥⎦ = ⎢⎣ 2 mv + mgh⎥⎦ (1) ( 2) Ahora que sabemos en qué consiste el principio de conservación de la energía mecánica, ¿Podemos comprobar que la energía se conserva? ¿Cómo se comprueba este fenómeno? 1 Actividad para el estudiante El movimiento ¿Se puede comprobar el principio de conservación de la energía? I. Observa el video “Conservación de la energía” (disponible en www.educarchile.cl) y presta atención en los siguientes momentos de este. - El físico pregunta e indica qué ocurre si lanzamos una pequeña pelota al suelo. - El físico indica de qué se trata el video. - El físico deja caer el sistema con tres pelotas al suelo. - Lo qué ocurre con la pelota más pequeña. - Lo qué ocurre con la pelota más grande. - El físico indica lo que es la energía potencial gravitacional. - El físico explica por qué ocurre lo que se observa en el video. II. Luego de ver el video las veces que estimes necesarias responde las siguientes preguntas. 1. Describe el sistema que construye el físico. ¿Cómo estaban dispuestas las tres pelotas en la bombilla? Si puedes elabora un dibujo de él. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 2. ¿Qué ocurre con las diferentes pelotas una vez que el físico deja caer el sistema? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 2 Actividad para el estudiante El movimiento ¿Se puede comprobar el principio de conservación de la energía? 3. ¿Qué ocurre con la pelota de menor tamaño en relación a la energía con que fue impulsada y la altura alcanzada? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ______________ 4. ¿Qué ocurre con el resto de las pelotas (pelotas de mayor tamaño) al rebotar? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ______________ 5. ¿Qué ocurriría si dejamos caer sólo una pelota y no las tres como sucede en este video? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 6. Antes de ser lanzadas al suelo, las pelotas ¿tienen energía? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 3 Actividad para el estudiante El movimiento ¿Se puede comprobar el principio de conservación de la energía? 7. Mientras las pelotas van cayendo, ¿tienen energía? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 8. Una vez que las pelotas rebotan en el suelo, ¿qué ocurre con la energía de ellas? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 9. Si el sistema de las pelotas tuviera en el principio una mucho más grande que las dos primeras pelotas ¿Qué ocurriría? __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ III. Para concluir esta actividad: 1. ¿Es posible comprobar el principio de conservación de la energía mecánica? Explica. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 4 Actividad para el estudiante El movimiento ¿Se puede comprobar el principio de conservación de la energía? 2. ¿Se te ocurre otra forma de comprobarlo? Diseña un experimento que te permita comprobar que la energía se puede transmitir desde un cuerpo a otro, o un experimento en que puedas obtener las energías potencial y cinética en distintos momentos de una determinada trayectoria. __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __ 3. Después de diseñarlo, escríbelo y discútelo. 5 Actividad para el estudiante El movimiento ¿Qué es la energía mecánica? Pero, ¿qué es la energía potencial y cinética de los cuerpos? Realiza las siguientes actividades: I. Infórmate sobre lo qué es la energía potencial y la cinética y defínela por escrito. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ________________________________________________ II. Ahora observa el video “Conservación de la energía” (disponible en www.educarchile.cl) y fíjate especialmente en lo siguiente: - Cuando el físico arma un sistema en el que ordena tres pelotas sobre un tornillo de modo que queden unidas, ubicando la más pequeña al principio. - Cuando el físico deja caer este sistema con las tres pelotas. - Observa el comportamiento de la primera pelota (o la más pequeña). III.Después de haber visto el video, contesta las siguientes preguntas. a) ¿Cómo están dispuestas las pelotas que se utilizan? ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ________________________ b) Primero describe lo que hace el físico con el sistema que fabricó y que contiene las tres pelotas. Luego, explica lo que ocurrió con la pelota más pequeña cuando todas las demás caen al suelo. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ________________________ c) Cuando las pelotas aún no se dejan caer al suelo, ¿tienen energía? Explica. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ________________________ d) Mientras las pelotas van cayendo, ¿tienen energía? ¿Por qué? ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ________________________ 2 Actividad para el estudiante El movimiento ¿Qué es la energía mecánica? e) ¿Qué ocurre con la energía que transporta inicialmente cada pelota, una vez que rebotan en el suelo? ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ________________________ Sobre otras formas de transformar la energía Existe una forma de perder energía entre un sistema y sus alrededores por medio del flujo calórico (energía calórica) que provoca las diferencias de temperatura entre ellos. Todas las demás formas de transmitir o transferir energía se denominan trabajo. Por ejemplo, cuando conectamos un motor eléctrico a una batería, transformamos la energía de la batería (energía química) en energía mecánica a su vez en energía cinética. Por eso, resulta útil “agrupar” la energía potencial y cinética como un solo tipo de energía, de este modo las apartamos de la energía calórica. Por lo tanto, si suponemos que tenemos un sistema en que interactúan objetos o cuerpos sometidos a distintas fuerzas, la energía mecánica (EC + EP) debe mantenerse constante. 3
