Energía cinética y energía potencial:
Link del simulador
Introducción: Energía en la Pista de Patinaje
Contesta lo que se te indica:
1.
Maneja la simulación PhET “Energía en la Pista
de Patinaje: conceptos básicos” en la
ventana de “Introducción” por 5 minutos.
2.
Activa el Gráfico de barras y contesta:
a)
¿Cuándo la Energía Potencial tiene el valor
máximo? __________________________________ ¿Cuándo tiene el valor más
bajo?__________________________________________________
b)
¿Cuándo a Energía Cinética tiene el valor
máximo? ____________________________________ ¿Cuándo tiene el valor más bajo?
___________________________________________________
c)
¿Cuándo la Energía Cinética y Potencial tienen
el mismo valor?_____________________________
d)
¿Qué relación encuentras en la graficas de
barras entre la energía potencial, cinética y la energía total? Escribe y dibuja tu respuesta:
3.
En la tabla siguiente tabla, anota si cada cantidad aumenta, disminuye
o permanece igual.
|
Movimiento del
patinador |
|
Energía
potencial |
Energía cinética |
Velocidad |
Energía total. |
|
|
Subiendo por la
pista |
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|
|
Bajando por la
pista |
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|
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|
|
4.
Toma a la patinadora y muévela por la simulación
¿Qué le pasa a la energía Potencial? ¿En qué punto de la simulación la patinadora tiene la máxima energía
potencial y en qué punto la mínima?
6.
Llena la siguiente tabla indicando la energía
crece, disminuye o permaneces igual cuando cambias la masa de la patinadora:
|
|
Disminuye la masa |
Aumenta la Masa |
|
Energía Cinética |
|
|
|
Energía Potencial |
|
|
|
Energía Total |
|
|
7.
Coloca a la patinadora en varias alturas en la
pista en forma de “U” y observas su movimiento. ¿Podrías predecir cuál es la
altura máxima que alcanzará la patinadora en el otro lado de la pista? Observa
el movimiento las veces que sea necesario hasta que puedas explicar en un
párrafo cómo conocer la altura a la que llegará.
•
Usa la ley de la conservación de la Energía para
explicar hasta donde llegará la patinadora en la pista y su dependencia de
donde inicio su movimiento.
8. Lee el siguiente texto y elabora lo que se te pide
Energía Cinética:
La energía cinética es un concepto fascinante que nos rodea
en nuestro día a día, y entenderlo puede abrirnos las puertas a un mundo
emocionante de descubrimientos científicos. La energía cinética se refiere a la
energía asociada al movimiento de un objeto. Imagina un niño corriendo en el
parque: su energía cinética es la que posee debido a su movimiento. Cuanto más
rápido corre, más energía cinética tiene.
Para comprender mejor la energía cinética, es esencial entender la relación entre la masa y la velocidad de un objeto. La fórmula matemática que la describe es bastante simple: Energía Cinética =
Pongamos un ejemplo para ilustrar esto. Imagina una pelota
de fútbol y una pelota de tenis. Ambas pueden moverse, pero si lanzamos ambas
con la misma velocidad, la pelota de fútbol, al tener más masa, tendrá más
energía cinética que la pelota de tenis. Este principio nos ayuda a entender
por qué los objetos más grandes y más rápidos tienden a tener más energía
cinética.
La energía cinética es importante en muchos aspectos de la
vida cotidiana. En el deporte, por ejemplo, cuando un jugador de fútbol dispara
la pelota hacia la portería, la energía cinética de la pelota es crucial para
determinar si marcará un gol. En el ámbito de la ingeniería, la energía
cinética es esencial para diseñar y entender cómo funcionan las máquinas, desde
automóviles hasta montañas rusas.
Transferencia de Energía por Trabajo:
La transferencia de energía por trabajo es otro concepto
clave en la física que nos permite comprender cómo la energía puede cambiar de
una forma a otra. En este caso, nos centramos en cómo el trabajo realizado
sobre un objeto puede transferirle energía.
Primero, definamos qué es el trabajo en términos físicos. En física, el trabajo se define como la aplicación de una fuerza sobre un objeto que provoca un desplazamiento en la dirección de la fuerza aplicada. Matemáticamente, el trabajo (W) se calcula como el producto de la fuerza (F) y la distancia (d) sobre la cual se aplica la fuerza:
Es fundamental comprender que el trabajo puede tener efectos
diferentes en la energía del objeto dependiendo de la dirección de la fuerza
aplicada. Si la fuerza se aplica en la misma dirección del movimiento, el
trabajo es positivo y aumenta la energía del objeto. Si la fuerza se opone al
movimiento, el trabajo es negativo y disminuye la energía del objeto.
Energía Potencial:
La energía potencial es un concepto intrigante que nos lleva
a explorar el mundo de las alturas y las fuerzas gravitatorias. La energía
potencial se refiere a la energía que un objeto posee debido a su posición o
estado. Uno de los ejemplos más comunes es la energía potencial gravitatoria,
que está relacionada con la altura de un objeto en relación con la superficie
de la Tierra.
Cuando elevamos un objeto a una cierta altura, le estamos
otorgando energía potencial gravitatoria. Cuanto más alto levantamos el objeto,
más energía potencial acumula. La fórmula matemática para la energía potencial
gravitatoria es Energía Potencial = Masa×Gravedad×Altura. Aquí, la masa
del objeto, la gravedad y la altura son factores cruciales.
Imagina lanzar una pelota hacia arriba. En el momento en que
la pelota sale de tus manos, tiene energía cinética. A medida que asciende, la
energía cinética disminuye debido a la resistencia del aire, pero al mismo
tiempo, su energía potencial gravitatoria aumenta a medida que alcanza alturas
mayores.
La energía potencial no está limitada a la energía potencial
gravitatoria. Existen otras formas de energía potencial, como la elástica
(presente en resortes comprimidos o estirados) y la química (almacenada en los
enlaces químicos entre átomos y moléculas). Comprender estos diversos tipos de
energía potencial es esencial para tener una visión completa de cómo la energía
se almacena en diferentes sistemas.
Energía Mecánica:
Ahora que hemos explorado la energía cinética y la energía
potencial, podemos sumergirnos en el concepto de energía mecánica, que es la
suma de ambas. La energía mecánica de un objeto es la combinación de su energía
cinética y su energía potencial. La fórmula matemática para la energía mecánica
(Emec) es
simple: Emec =Energía Cinética+Energía Potencial.
Esta relación entre la energía cinética y la energía
potencial es crucial para entender cómo un objeto se comporta en movimiento.
Cuando un objeto se eleva o cae, su energía mecánica cambia. Si solo
consideramos la gravedad y la resistencia del aire como fuerzas en juego, la
ley de conservación de la energía mecánica establece que la suma de la energía
cinética y la energía potencial de un sistema se mantiene constante, siempre
que no haya fuerzas externas haciendo trabajo sobre el sistema.
Pongamos un ejemplo práctico para ilustrar la conservación
de la energía mecánica. Imagina un columpio. Cuando balanceas el columpio hacia
un lado, conviertes la energía potencial en energía cinética. A medida que el
columpio se balancea hacia arriba, la energía cinética disminuye, pero
simultáneamente la energía potencial aumenta. Idealmente, si no hay fricción ni
otras fuerzas externas, la energía mecánica total del columpio se mantiene
constante a lo largo de su movimiento. Esto significa que la suma de la energía
cinética y la energía potencial en cualquier punto dado del movimiento es igual
en todos los puntos.
Esta ley de conservación de la energía mecánica nos ofrece
una poderosa herramienta para entender y predecir el comportamiento de los
objetos en movimiento. Podemos aplicar este principio no solo a columpios, sino
también a montañas rusas, vehículos en movimiento y muchos otros sistemas en
los que la energía cinética y la potencial juegan un papel crucial.
Conservación de la Energía Mecánica:
La conservación de la energía mecánica es un principio
fundamental en la física y nos proporciona una visión profunda de cómo la
energía se comporta en el mundo que nos rodea. Esta ley nos dice que, en un
sistema aislado donde no hay fuerzas externas realizando trabajo, la energía
mecánica total se mantiene constante.
Volviendo al ejemplo del columpio, si consideramos que no
hay fricción ni resistencia del aire, la energía mecánica total del columpio se
conservará a medida que oscila hacia adelante y hacia atrás. En la parte más
alta del movimiento, cuando el columpio está momentáneamente en reposo, toda la
energía mecánica se convierte en energía potencial. A medida que el columpio se
mueve hacia abajo, la energía potencial disminuye, pero la energía cinética
aumenta. En cualquier punto del movimiento, la suma de la energía cinética y la
energía potencial es constante.
Esta ley también se aplica a otros sistemas. Por ejemplo, si
lanzamos una pelota hacia arriba y consideramos la fricción del aire como
insignificante, la energía mecánica total del sistema se conservará a medida
que la pelota suba y baje. Esto proporciona una base teórica sólida para
entender y predecir el movimiento de objetos en el espacio.
Organizador Gráfico:
Para sintetizar estos conceptos y facilitar su comprensión,
podemos crear un organizador gráfico que destaque las relaciones entre los
temas abordados:
1)
Energía Cinética:
a)
Definición: Energía asociada al movimiento de un
objeto.
b)
Fórmula: Energía Cinética =
c)
Ejemplo: Correr, lanzar una pelota.
2)
Transferencia de Energía por Trabajo:
a)
Definición: Transferencia de energía al aplicar
una fuerza sobre un objeto que causa desplazamiento.
b)
Fórmula: W=F×d.
c)
Ejemplo: Levantar una mochila.
3)
Energía Potencial:
a)
Definición: Energía asociada a la posición o
estado de un objeto.
b)
Tipos: Gravitatoria, elástica, química.
c)
Fórmula (gravitatoria): Energía Potencial=Masa×Gravedad×Altura
d)
Ejemplo: Levantar una pelota.
4)
Energía Mecánica:
a)
Definición: Suma de la energía cinética y la
energía potencial de un objeto.
b)
Fórmula: Emec=Energía Cinética+Energía Potencial
c)
Ejemplo: Movimiento de un columpio.
5)
Conservación de la Energía Mecánica:
a)
Definición: La energía mecánica total de un
sistema se conserva en ausencia de fuerzas externas.
b)
Ejemplo: Movimiento de un columpio sin fricción.
Instrucciones para la Actividad de Creación de Organizador
Gráfico: Energía y Movimiento
Vamos a construir un organizador gráfico que nos ayudará a
entender y recordar los conceptos clave de la energía cinética, transferencia
de energía por trabajo, energía potencial, energía mecánica y conservación de
la energía mecánica.
Materiales Necesarios:
- Una
hoja de papel grande o cartulina.
- Marcadores,
lápices de colores y/o crayones.
- Pegatinas,
recortes de revistas o imágenes impresas para decorar.
Pasos para la Actividad:
- Preparación
del Material:
- Toma
una hoja de papel grande y colócala en un lugar cómodo para trabajar.
- Asegúrate
de tener marcadores, lápices de colores, crayones y otros materiales
decorativos listos.
- División
del Papel:
- Divide
tu papel en cinco secciones grandes. Etiqueta cada sección con los siguientes
títulos: "Energía Cinética", "Transferencia de Energía por
Trabajo", "Energía Potencial", "Energía
Mecánica" y "Conservación de la Energía Mecánica".
- Diseño
Creativo:
- Para
cada sección, utiliza tu creatividad para dibujar y colorear imágenes que
representen visualmente cada concepto. ¿Cómo se vería la energía cinética
en un dibujo? ¿Cómo representarías la transferencia de energía por
trabajo?
- Fórmulas
y Texto:
- Incluye
las fórmulas asociadas a cada concepto. Escribe las fórmulas en letras
grandes y utiliza colores para resaltar términos clave. Añade pequeños
textos explicativos para recordar los detalles importantes.
- Ejemplos
Prácticos:
- Agrega
ejemplos prácticos en cada sección. Pueden ser situaciones cotidianas que
ilustren el concepto. Por ejemplo, ¿cómo representarías el trabajo al
levantar tu mochila?
- Conexiones
entre Conceptos:
- Utiliza
líneas o flechas para conectar visualmente los conceptos relacionados.
¿Cómo se conecta la energía cinética con la energía mecánica en tu
dibujo?
- Creatividad
Extra:
- Agrega
detalles creativos, como bordes decorativos, pegatinas temáticas o
pequeñas caricaturas que representen los conceptos. ¡La creatividad es
bienvenida!
¿De qué depende la energía potencial? ______________________________________________________________
¿De qué depende la energía
cientica?_______________________________________________________________
Usando la información aprendida con la simulación ¿qué dice la ley de la conservación de la energía? _______________________________________________________________
