Energia potencial y energía cinética

Energía cinética y energía potencial: 

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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
Bajando por la pista

 

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? 

 5.       Con la patinadora comenzando desde lo alto de la pista.  Marca en la pista debajo de cada grafica donde crees que se encuentra la patinadora para poder tener la energía que muestran los gráficos. Después comprueba con la simulación si tu predicción fue correcta.

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 =

. Esto significa que la masa del objeto y su velocidad son factores cruciales que determinan la cantidad de energía cinética que posee.

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: 

Cuando se realiza trabajo sobre un objeto, se le transfiere energía. Esto puede ser fácilmente visualizado con un ejemplo simple: levantar una mochila. Cuando levantas tu mochila del suelo, aplicas una fuerza hacia arriba y la mochila se desplaza en la misma dirección. Este trabajo que has realizado ha transferido energía potencial gravitatoria a la mochila.

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 (E_mec) es simple: E_mec =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:

1. 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.
2. 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".
3. 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?
4. 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.
5. 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?
6. 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?
7. Creatividad Extra:
• Agrega detalles creativos, como bordes decorativos, pegatinas temáticas o pequeñas caricaturas que representen los conceptos. ¡La creatividad es bienvenida!

 Conclusiones:

¿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? _______________________________________________________________