Download energía potencial

La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para
realizar un trabajo, dependiendo de la configuración que tengan en
un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse
como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del
trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la
energía potencial es una magnitud escalar asociado a un campo de
fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones).
Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la
diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al
trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.
Energía potencial gravitatoria
Este tipo de energía está asociada con el grado de separación entre dos
cuerpos, los cuales se atraen mediante fuerza gravitacional.
Caso general. La energía potencial gravitatoria VG de una partícula
material de masa m situada dentro del campo gravitatorio terrestre viene
dada por:
Donde:
, distancia entre la partícula material del centro de la Tierra (es decir, su
altura).
, constante universal del la gravitación.
, masa de la tierra.
Esta última es la fórmula que necesitamos emplear, por ejemplo, para
estudiar el movimiento de satélites y misiles balísticos
La energía cinética de un cuerpo es una energía que surge
en el fenómeno del movimiento. Esta definida como el
trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa
dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad
dada. Una vez conseguida esta energía durante la
aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética sin
importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la
misma magnitud podría requerirse para que el cuerpo
regrese a su estado de equilibrio.
Los carros de una
montaña rusa alcanzan
su máxima energía
cinética cuando están
en el fondo de su
trayectoria. Cuando
comienzan a elevarse,
la energía cinética
comienza a ser
convertida a energía
potencial gravitacional,
pero, si se asume una
fricción insignificante y
otros factores de
retardo, la cantidad total
de energía en el sistema
sigue siendo constante.
Propulsión
Los coches (carros) de una montaña rusa no suelen ser autopropulsados.
Una montaña rusa de circuito completo con una colina elevadora funciona de
la siguiente forma: Después de salir de la zona de carga (estación), el tren es
empujado hacia arriba con una cadena o un cable a lo largo de dicha colina
elevadora, que es la parte más alta de la pista. Una vez a la máxima altura, la
energía potencial a se convierte en energía cinética cuando el tren viaja
cuesta abajo por la primera bajada (que puede tener una gran pendiente).
Luego la energía cinética se convierte de nuevo en energía potencial cuando
el tren sube por la segunda colina. Pero desgraciadamente un poco de
energía mecánica se pierde por culpa de la fricción o rozamiento. Luego el
tren vuelve a bajar, y subir, y así otra vez. Sin embargo no todas las montañas
rusas funcionan de esta misma forma, no todas tienen colinas elevadoras, y el
tren es lanzado hacia la primera colina (sin mecanismo de subida) También
hay montañas rusas que son propulsadas por una especie de locomotora, que
toma la electricidad de los raíles. Luego al terminar el recorrido, paran en la
estación gracias a unos frenos, aunque algunas tienen dos (o más) cadenas,
y repetirían el proceso dos veces. Algunas montañas rusas retroceden y
avanzan por la misma vía; estas montañas rusas son llamadas shuttles por
este movimiento y normalmente corren el circuito una vez con viajeros
avanzando y luego retrocediendo por el mismo recorrido.
Ruedas
Las montañas rusas de acero usan tres tipos de ruedas, las superiores que
sujetan al tren en la mayor parte del recorrido, son las de mayor tamaño.
Las inferiores, que actúan sobre todo en las colinas, en los rizos donde la
fuerza G no es mayor al peso del tren, y las laterales que pueden ser
interiores (típico de Vekoma) o exteriores (B&M, Intamin) y evitan que el
tren descarrile lateralmente, sobre todo en curvas.
Además es importante mantener una buena lubricación, tanto en los
rodamientos, como a veces sobre la vía, ya que así se consigue evitar el
rozamiento, y perder demasiada velocidad en el recorrido.
Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos
superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una
superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se
opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera
debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las
superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza entre
ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que
forma un ángulo φ con la normal (el ángulo de rozamiento). Por tanto, esta
fuerza resultante se compone de la fuerza normal (perpendicular a las
superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento, paralela a las
superficies en contacto.
La fuerza de rozamiento se encuentra en la dirección
de la superficie de apoyo.
El coeficiente de rozamiento es prácticamente
independiente del área de la superficie de contacto.
El coeficiente de rozamiento depende de la naturaleza
de los cuerpos en contacto, así como del estado en
que se encuentren sus superficies.
La fuerza máxima de rozamiento es directamente
proporcional a la fuerza normal que actúa entre las
superficies de contacto.
Para un mismo par de cuerpos, el rozamiento es
mayor un instante antes del movimiento que cuando
se está en movimiento.