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Facultad de Ciencias Naturales
Trelew
Departamento de Química
FÍSICA I
GUÍA Nº 4:
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TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA
Estrategias para resolver problemas de esta unidad
Identificar los conceptos pertinentes:
El teorema de trabajo-energía es muy útil en distintas situaciones, sobre todo en aquellas en las
que se desea relacionar la rapidez v1 o la altura h1 de un cuerpo en un punto de su movimiento,
con su rapidez v2 o su altura h2 en otro punto. El enfoque es menos útil en problemas en los que
interviene el tiempo, como determinar cuánto tarda un cuerpo en ir del punto 1 al punto 2. Ello se
debe a que en el teorema de trabajo-energía no interviene el tiempo. Si es preciso calcular
tiempos, suele ser mejor utilizar las relaciones entre tiempo, posición, velocidad y aceleración
que describimos en cinemática y dinámica.
Plantear el problema con los pasos siguientes:
1. Lee comprensivamente el problema las veces que fuese necesario.
2. Escoge las posiciones inicial y final del cuerpo y dibuja un diagrama de cuerpo libre con todas
las fuerzas que actúan sobre él en cada momento.
3. Escoge un sistema de coordenadas y define adecuadamente el nivel en el que y = 0. Esto te
servirá para calcular las energías potenciales gravitacionales. Generalmente conviene que la
dirección +y sea hacia arriba.
4. Identifica las fuerzas no gravitacionales que efectúan trabajo.
5. Has una lista de las cantidades conocidas y desconocidas, incluidas las coordenadas y/o
velocidades y/o alturas en cada punto.
6. Decide qué incógnita deberás resolver y determina cuales de las posiciones del cuerpo a
analizar son relevante y cuales no lo son.
Ejecutar la solución:
Calcula el trabajo efectuado por cada fuerza. Si la fuerza es constante y el desplazamiento es en
línea recta, se puede usar la ecuación de W = Fd (siempre que fuerza y desplazamiento estén en la
misma dirección). Si la fuerza forma un ángulo con la dirección de desplazamiento debe
 
considerarse W  F  d  cos
Revisa el signo del trabajo para cada fuerza; debe ser positivo si la fuerza tiene una componente
en la dirección del desplazamiento, negativo si tiene una componente opuesta al desplazamiento
y cero si la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares. Suma los trabajos realizados por
cada fuerza para obtener el trabajo total. Cuida permanentemente la correspondencia de los
signos. A veces es más fácil obtener primero la suma vectorial de las fuerzas y luego calcular el
trabajo de la fuerza neta; este valor también es el trabajo total.
Escribe expresiones para las energías cinéticas y potenciales iniciales y finales.
Relaciona las energías y el trabajo no gravitacional (Wotras) usando la ecuación:
K1 + U1 + Wotras = K2 + U2.
Despeja la cantidad que desconoces y resuelve.
Evaluar la respuesta:
Verifica si tu respuesta es lógica físicamente. Recuerda sobre todo que la energía cinética nunca
puede ser negativa. Y concluye ajustando la respuesta a lo que realmente se preguntaba.
ACTIVIDADES A REALIZAR
A) Problemas tipo resuelto
1. Se quiere subir una caja de 12 kg a un camión deslizándola por una rampa de 2.5 m a 30º. Un
obrero, sin considerar la fricción, calcula que puede subir la caja dándole una rapidez inicial de 5
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FÍSICAenIla base. Sin embargo, la fricción no es despreciable; la caja sube 1.6 m
m/s con un empujón
por la rampa, se para, y regresa.
a) Represente gráficamente los tres momentos e indicar que tipo de energía hay en cada instante.
b) Suponiendo que la fuerza de fricción que actúa sobre la caja es constante, calcule su
magnitud.
c) ¿Qué rapidez tiene la caja al volver a la base de la rampa?
Los datos que tenemos disponibles son (es su tarea realizar el gráfico correspondiente):
m = 12 kg
d = 2,5 m
θ = 30º
vi = 5 m/s
Resolución: Como primer análisis debemos definir el momento inicial y final que consideraremos
pertinente analizar en este caso. Por lo tanto, en el punto en que el obrero aún no empujó la caja,
y tomando como punto de origen de coordenadas ese lugar (0,0), su energía potencia y cinética
son “0”. Cuando le imprime la velocidad inicial tendrá la máxima energía cinética (= Energía total
inicial) y cuando se detiene en la parte superior la energía cinética final es cero. Por lo tanto, la
energía cinética inicial se transformó en energía potencial y trabajo realizado por la fuerza de
rozamiento (la que se pudo manifestar en forma de sonido, calor generado o deformación del
material):
Bajo estas circunstancias se debe considerar:
E  K  U  W
E  K f  K i   U f  U i   W
E   K i  U f  W
Donde se debe recordar que W es el generado por el rozamiento que en realidad no era
despreciable, así:
K  U  Fr * d
K U
Fr 
d
1
mv 2  mgh
Fr  2
d
Para usar esta fórmula nos falta conocer la altura final a la que llega la caja, esta se calcula con la
hipotenusa y el ángulo que son conocidos.
sen 
op
h
sen * h  op
h  0,8m
La caja sube hasta una altura de 0,8 m.
Ahora si podemos calcular la Fr:
Fr 
1
2
12 Kg * 5m / s   12 Kg * 9,8m / s 2 0,8m
Fr  2
1,6m
150 J  94,08 J
= 34,95 N
1,6m
R (b) = La fuerza de rozamiento implicada en este movimiento es de 34,95 N
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c) Para resolver
el incisoI“c”, hay que analizar el recorrido completo:
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E  K f  K i   U f  U i   W
Al inicio del movimiento no existía energía potencial y al final del movimiento, como llega al
mismo nivel, tampoco hay energía potencial, entonces: Ui = Uf = 0
E  K f  K i   W
El trabajo realizado por la fuerza de rozamiento es un valor cuando la caja sube y el mismo
cuando la caja realiza el recorrido de regreso, solo que cambian sus sentidos (en ambos
momentos oponiéndose al movimiento), entonces:
Wtotal  W friccion  2 Fr * d
El E =0
Kf 
1
2
mv f
2
W  2 * 34,95 N * 1,6m
K f  Ki  W
vf 
2K f
m
W  111,84 J
K f  150 J  111,84 J =38,16J
vf 
2 * 38,16 J
= 2,52 m/s
12Kg
R (c): La velocidad con la que la caja llega al final del recorrido nuevamente es de 2,52 m/s
2. Resorte que empuja y rozamiento que frena el movimiento del bloque
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B) Preguntas de desarrollo
3. En los siguientes gráficos indique:
a) ¿Qué fuerzas actúan sobre el cuerpo en cada caso?
b) ¿Cuáles de estas fuerzas realizan trabajo sobre el cuerpo? Si alguna de ellas no realiza trabajo
sobre el cuerpo explicar por qué.
c) Expresar la ecuación final que se debería utilizar para hallar el trabajo neto en cada caso donde
la/s fuerza/s ejerzan trabajo.
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T
W
ІVІ=cte.
v
a)
-
b)
c)
d)
N2
N2
N1
N1
T
W
W
N
C) Ejercicios generales
4. Una señora de 1.65 m de altura levanta una valija de 25 kg de masa un total de 80 cm medidos
desde el suelo y camina con ella una distancia de 100 m.
a) ¿Qué trabajo realiza al levantar la valija?
Rta: 196 J
b) ¿Qué trabajo realiza durante la caminata si su rapidez es constante con un módulo de 1.5 m/s?
Si ahora empieza a acelerar 3 m/s2 durante 5 s: c) ¿Qué trabajo realiza durante ese tiempo?
5. Un bloque de 10 kg de masa se lleva desde la parte inferior hasta la superior en un plano
inclinado de 5 m de largo y 3 m sobre el terreno en su parte superior. Se aplica una fuerza
paralela al plano inclinado que empuja el bloque hacia arriba con una velocidad constante:
a) Realizar la representación gráfica correspondiente y el diagrama de cuerpo libre.
b) ¿Qué cantidad de trabajo se hace?
Rta: 294 J
c) Ahora se quiere levantar el mismo bloque pero en forma vertical, ¿Qué trabajo debe hacerse?
d) ¿Qué conclusión se puede obtener a partir de los resultados anteriores?
6. Un muchacho tira un objeto de 44,5 N una distancia de 9,15 m en una superficie horizontal de
forma que no genera aceleración. Entre ambas superficies hay un μk = 0,2 y la tensión forma un
ángulo de 45º con la horizontal.
a) Realizar la representación gráfica correspondiente y el diagrama de cuerpo libre.
b) ¿Cuánto trabajo realiza el muchacho sobre el objeto?
Rta: 67.7 J
7. a) ¿Desde qué altura tendría que caer un automóvil para adquirir la energía cinética
equivalente a la que tendría cuando tuviese una velocidad de 96,6 km/h?
Rta: 36.7 m
b) ¿Cuál sería la altura del punto a) si al automóvil se le adiciona una masa de 500 kg?
c) ¿Qué velocidad tendría que tener un automóvil para adquirir la energía cinética equivalente a la
que tendría cuando su altura fuera de 18 m?
d) Detallar los principios, leyes, razonamientos y consideraciones utilizadas para resolverlos.
8. Una persona de 700 N de peso sube por una escalera que forma un ángulo con la pared de 35º
hasta una altura de 10 m en 20 s.
a) ¿Con qué potencia realiza el trabajo de subir la escalera?
Rta: 350 Watt
b) Si desciende con el doble de velocidad: ¿Qué potencia desarrolla hasta los 5 m de altura?
9. Un ascensor que está a su capacidad de carga máxima (6 personas de 70 kg cada una) sube
un total de 8 pisos (24 m aproximadamente) con una rapidez de 0.75 m/s (considerada constante).
La potencia suministrada por el motor involucrado en el sistema es de 23 kw.
a) Realizar la representación gráfica correspondiente y el diagrama de cuerpo libre.
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I del cable?
b) ¿Cuánto vale
la tensión
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Rta: 30666,6 N
c) ¿Cuánto tiempo tardó en recorrer esos 8 pisos?
Rta: 32 s
d) ¿Cuál es la energía potencial que se suministró al ascensor una vez finalizado el ascenso?
10
9
8
7
6
F (N)
10. Se realiza una experiencia de laboratorio y se
encuentra que la gráfica resultante al analizar la
fuerza de un objeto a lo largo de una distancia tiene
la forma mostrada. A partir de esa gráfica se quiere
saber: a) el trabajo realizado al mover la partícula
desde x=1m hasta x = 3m.
b) Posteriores análisis muestran que la curva está
dada analíticamente por y = a/x2, siendo a = 9 N.m2.
A partir de esa nueva información obtener el trabajo
efectuado en ese mismo intervalo y determinar que
trabajo efectuaría entre x=8m y x=10m.
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
x (m)
5
6
7
8
9
11. Un cohete cuya masa es 9,4 kg se dispara verticalmente hacia arriba con una rapidez inicial de
470 m/s. La resistencia del aire disipa una energía de 6,8 .105 J.
a) ¿Qué distancia adicional recorrería hacia arriba si no se considera esa disipación? Rta: 7374 m
b) Explica que consideración y simplificación se realizó en el análisis del problema.
12. Un bloque que pesa 2240 N está suspendido del extremo de una cuerda ideal de 12,2 m de
largo. El bloque es empujado lateralmente a una distancia de 1,22 m de la vertical y sostenido en
esa posición.
a) Realizar la representación gráfica correspondiente y el diagrama de cuerpo libre.
b) ¿Qué fuerza se necesita para conservarlo en esa posición?
Rta: 225.16 N
c) ¿Se hace trabajo para sostenerlo en ese sitio?
d) ¿Se hizo trabajo para moverlo lateralmente? De ser así ¿qué cantidad?
Rta: 273.3 J
e) ¿Efectúa algún trabajo sobre el bloque la tensión sobre el cable?
13. Se deja en libertad un péndulo de longitud L = 1.5 m desde una posición A cuya altura h es de
0,2 m, pasa por el extremo inferior B (la altura h se mide respecto a este punto B) y llega, del otro
lado, a un punto C de altura máxima también h.
a) Realizar la representación gráfica correspondiente e indicar en cada punto que tipo de energía
se encuentra presente.
b) Calcular la velocidad que tiene al pasar por B.
Rta: 1.98 m/s
c) Determinar la altura máxima alcanzada en C.
14. Una moneda de 2 g se empuja hacia abajo, apretándola contra un resorte (k = 40 N/m) vertical
que se comprime 1 cm. Existe un dispositivo que solo permite que la moneda salga verticalmente.
a) ¿Hasta qué altura desde su posición original saltará la moneda si se la soltara? Rta: 0.10 m
Si ahora al resorte se orienta de forma tal que tiene un ángulo de 45° con la horizontal
b) ¿Cuál será la nueva altura máxima a la cual llegará la moneda?
c) ¿Qué distancia horizontal se desplazará la moneda?
15. Un objeto de 3 kg en reposo se deja libre a una altura de 5 m sobre una rampa curva y sin
rozamiento. Al pie de la rampa existe un resorte cuya constante es k = 400 N/m el objeto se
desliza por la rampa y llega a chocar contra el resorte.
a) Realizar la representación gráfica correspondiente y el diagrama de cuerpo libre del objeto en
los distintos momentos del recorrido.
b) ¿Qué distancia se comprime el resorte antes de quedar momentáneamente en reposo? Rta:
0.86 m
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FÍSICA
I su tractor a un arado para hacer
granjero
engancha
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16. Un
los trabajos previos al cultivo y lo
arrastra 20 m sobre el suelo sin pendiente. El peso total del arado es de 14.700 N. El tractor ejerce
una fuerza constante de 5000 N a 36.9º sobre la horizontal. Una fuerza de fricción de 3500 N se
opone al movimiento.
a) Representar gráficamente la situación descripta con un diagrama de cuerpo libre.
b) Calcular el trabajo realizado por cada fuerza que actúa sobre el arado. Rta: Wtr = 80 kJ Wf = 70 kJ
c) Calcular el trabajo total de todas las fuerzas.
Rta: 10 KJ
d) ¿Cuál es el coeficiente de rozamiento entre las superficies involucradas?
D) Problemas tomados en parciales de años anteriores
17. Están realizando una salida de campo en el dique Florentino Ameghino y una de sus
compañeras (de 60 kg) debe subir las escaleras (unos 90 m de altura con un ángulo de 5º). Este
ascenso, para completar un muestreo exitosamente, lo debe realizar en 3 minutos.
a) Realizar la representación gráfica con toda la información disponible e implícita.
b) ¿Qué potencia media en watts desarrolla?
18. Un bloque de 40 kg de masa comienza su deslizamiento desde la parte superior de un plano
inclinado que forma con la horizontal un ángulo de 20° y tiene una longitud de 18 m.
a) Realizar la representación gráfica y colocar la información explícita e implícita.
b) Determinar la energía cinética del bloque al llegar a la base del plano inclinado.
El mismo bloque cae por un plano inclinado similar, pero que genera un rozamiento que realiza
un trabajo de 200 J sobre el bloque. Bajo esta nueva circunstancia:
c) Determinar la velocidad del bloque al llegar a la base del plano inclinado.
d) ¿Cuánto tiempo tardó el bloque en recorrer el plano si desarrolló una potencia de 150 watt?
19. Un proyectil de 0,03 N de peso atraviesa una pared de 20 cm de espesor. Si llega a ella con
una velocidad de 600 m/s y reaparece por el otro lado con una velocidad de 400 m/s,
a) Realizar la representación gráfica y colocar la información explícita e implícita.
b) Determinar el trabajo realizado por la pared sobre el proyectil.
c) ¿Qué longitud mínima debería tener la pared para que el proyectil no la atraviese?
20. Tienes que automatizar el movimiento de un instrumento que estás utilizando para realizar un
muestreo de tu tesis, el instrumento con soporte tiene una masa de 30 kg. El movimiento se debe
realizar entre una superficie plana de 4.5 m y a velocidad constante, por las características de la
superficie y el soporte del instrumento sabes (por tablas) que el coeficiente cinético de fricción es
de 0.25.
a) Reflejar toda la información en un gráfico y determinar:
b) ¿Qué magnitud de fuerza debería ejercer el mecanismo automatizado para lograr ese
movimiento? y ¿Cuánto trabajo efectúa sobre el instrumento?
Rta: 73.5 N y 331 J
c) ¿Cuánto trabajo efectúa la fricción sobre el instrumento?
Rta: - 331 J
d) ¿Cuánto trabajo realizan la fuerza normal y la gravedad sobre el instrumento?
e) Describe si variarán o no, y cómo lo harían, los resultados anteriores, si el movimiento se debe
realizar en un plano inclino de 30º (si quieres, puedes comprobarlo numéricamente).
21. Uno de los objetivos de un trabajo de campo y laboratorio es determinar la potencia que
desarrolla un insecto cuando está volando. Analizando una filiación y determinando magnitudes
físicas del insecto, se encuentra que: el insecto aplica una fuerza igual al doble de su peso
durante cada aleteo para poder volar. La masa del insecto es de 10 g, las alas recorren una
distancia de 1 cm en cada aleteo y realiza 100 aleteos por segundo.
a) Realizar la representación gráfica del enunciado.
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b) DeterminaFÍSICA
la potenciaIque desarrolla el insecto durante todo el proceso analizado. Rta: 0.20 W
22. Un bloque de 2.0 kg se empuja contra un resorte ideal de k = 400 N/m, comprimiéndolo 0.22 m
desde la posición de reposo. Al soltarse el bloque, se mueve por una superficie sin fricción que
primero es horizontal a lo largo de 2 m y luego sube por un plano inclinado de 37 º.
a) Realizar la representación gráfica correspondiente.
b) Determinar qué rapidez tendrá el bloque al deslizarse sobre la superficie horizontal después de
separarse del resorte.
Rta: 3.11 m/s
c) ¿Qué altura (respecto del suelo) alcanzará el bloque antes de pararse y regresar? Rta: 0.821 m
d) ¿Qué velocidad tendrá el bloque cuando regrese a nivel del suelo?
23. Tus alumnos te entregaron el gráfico y
tabla adjunto en un informe de laboratorio
para determina la constante del resorte.
a) Completar la información faltante del
gráfico.
b) A partir de la información del gráfico,
completar en el caso de ser posible, la
información de la tabla.
12
10
1
2
3
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
8
12
1,25
3,75
6,25
10
24. Trasladas una valija de 18 kg (40x50x20cm), en todo momento la llevas a 20 cm del suelo,
recorres 15 m en la estación de colectivos de Trelew a una velocidad constante y tardas para ello
7 segundos.
a) Graficar la situación y detallar toda la información que puedas extraer del enunciado.
b) Determinar la potencia desarrollada durante el proceso (resolver numérica y explicar
analíticamente).
25. Buscas determinar la constante de un resorte por un método no habitual. Contas con una
rampa (2 m de longitud y ángulo de 30º). En el lugar donde la rampa tiene 25 cm de altura colocas
el inicio de un resorte que llega hasta el final de la rampa (en esa parte de la rampa colocas
lubricante de forma que el rozamiento es despreciable). Con el sistema armado liberas, desde la
parte superior de la rampa, un bloque (300 g y µk con la rampa de 0,4) y comprobas que el resorte
se comprime 20 cm.
a) Graficar toda la información del enunciado y también agregar la de las respuestas obtenidas.
b) Determinar la velocidad con la que el bloque impacta el resorte.
c) Determinar la constante del resorte.
26. Estas estudiando para fisiología general y el texto dice que el corazón cada día admite y
descarga unos 7.5 m3 de sangre. Además, menciona que se puede suponer, para hacer cálculos
estimativos, que el trabajo que realiza es igual al requerido para levantar esa cantidad a una altura
media de 1.63 m. En tabla encuentras que la densidad (masa por unidad de volumen) de la sangre
es de 1.05 x103 kg/m3. Determina:
a) La cantidad de trabajo que realiza el corazón en un día.
b) La potencia que desarrolla en ese periodo de tiempo.
27. Estas esquiando en la cima de una ladera de uno 65 m de altura (sabes que tienes una masa
de 60 kg) y realizas los siguientes movimientos consecutivos con estas condiciones:
a) Al descender por toda la ladera la fuerza de fricción efectúa -10.5 kJ sobre ti ¿Qué rapidez
tendrás al pie de la ladera?
b) Ahora te mueves horizontalmente y cruzas un terreno de 82 m de nieve revuelta, donde µk es
de 0.20 y la resistencia del aire efectúa una fuerza media de 160 N ¿Qué rapidez tendrás al cruzar
esta parte?
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c) Ahora chocas
con un Imontón de nieve, ingresando 2.5 m antes de detenerte ¿Qué fuerza media
ejerció la nieve durante esta parte del recorrido?
d) Grafica toda la información del enunciado y también agregar la de las respuestas obtenidas.
E) Portafolio
28. Realiza un glosario personal con los términos y unidades que no conocías de este tema.
Selecciona las dos ecuaciones que te parecerían útiles tener escritas durante el parcial,
escríbelas y justifica por qué te parecieron las más útiles. Entrega esa información a la cátedra
antes de finalizar el tratamiento de esta unidad según el cronograma.
Actividades optativas (si lo desean pueden ser entregadas en la fecha estipulada para la
finalización de la guía según cronograma)
F) Actividades de comprensión y síntesis epistemológica
29. Realizar un cuadro sinóptico en el que se sintetice la información necesaria para trabajar en la
actividad experimental de esta unidad, tener en cuenta tanto la información disponible en la
propia guía como la que puedan extraer de la bibliografía.
G) Simulaciones a utilizar
Como un pequeño ejemplo del uso de simulaciones en la enseñanza de la física les dejo este link
para el que quiera profundizar sobre un caso en particular (su análisis no es obligatorio, solo
material extra de consulta, no es el mejor ni el peor, es solo un caso para que tengan disponible,
en la Web hay cientos): http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/lentiscal/ficheros/pdf/TICFisica-B.pdf
30. Para realizar esta actividad deben ingresar al link que está debajo e ir al final de la página (si
quieren leer lo que está escrito en ese recorrido, mucho mejor):
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/plano_inclinado/plano_inclinado.htm
La misma trata sobre un bloque que se desliza a lo largo de un plano inclinado y deforma un muelle
En esta simulación se pueden modificar las siguientes variables (y se pide que se trabaje
especialmente con diferentes variantes):
a) El coeficiente de rozamiento, entre el bloque y el plano sobre el cual desliza, actuando en la barra
de desplazamiento titulada “Coef. rozamiento”.
b) El ángulo del vértice del plano inclinado en grados, actuando en la barra de desplazamiento
titulada “Ángulo”.
c) La constante k del muelle elástico en N/m, en el control de edición titulado “Constante muelle”.
Son valores fijos:
a) La masa m del bloque en kg, m=1 kg.
b) La posición inicial del bloque x0=-1.0 m.
Para trabajar con la simulación se deben fijar los valores deseados en las variables que pueden
modificarse y pulsar el botón titulado “Empieza”
A continuación se observa el movimiento del bloque y se puede detener en cualquier momento
utilizando la tecla denominada “Pausa” para registrar los valores necesarios. Una vez realizada esta
actividad se puede proceder a continuar la simulación utilizando la tecla “Continua”.
En la parte inferior izquierda del applet, se proporcionan diferentes datos de importancia, al tiempo
total en segundos “tt”, la posición x en cm y la velocidad v del bloque en m/s.
En todo instante se muestran mediante fechas las fuerzas sobre el bloque, el componente del peso a
lo largo del plano inclinado, la fuerza de rozamiento y la fuerza que ejerce el muelle.
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FÍSICA
I
superior derecha
se muestra en un diagrama de barras la energía del sistema en cada
En la parte
instante, dividiendo la energía cinética, elástica y potencial del sistema en cada instante. Debajo de
las leyendas se muestra el valor total de la energía en cada instante.
Una vez conocido el funcionamiento del simulador realiza las repeticiones necesarias para
completar un cuadro que consideres pertinente realizar y posteriormente analiza el efecto de las tres
variables. No deben faltar (no quiere decir que deben ser los únicos) en tu diseño experimental los
ángulos de 0º y 85º, coeficientes de rozamiento de 0 y 0.9 y constantes del muelle de 0 y 600 N/m.
Determina a tu criterio en que momentos registrar los datos que consideres importantes registrar
para analizar. No deberán faltar en el análisis los momentos t = 0 y el momento en el que se detiene
el bloque o queda constante la energía.
Analiza especialmente situaciones en las que la simulación no se puede utilizar, si tiene algún error
o limitación en los posibles análisis.
Analiza si son apropiadas: la terminología, las unidades y los símbolos utilizados
Describe las diferentes trasformaciones de la energía que tiene lugar a lo largo del recorrido.
31. Para realizar esta actividad deben ingresar al link que está debajo:
http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/lentiscal/2-CD-Fiisca-TIC/1-4Energia/1EnergiaApplets/bucle/bucle.htm#alinicio
Se trata del estudio del movimiento de un cuerpo que se mueve en un carril. En un extremo del carril
hay un muelle, en el otro un plano inclinado y entre ambos un bucle. Por lo tanto, en el problema
existe energía potencial gravitatoria, potencial elástica y energía cinética.
En esta simulación se pueden modificar las siguientes variables (y se pide que se trabaje
especialmente con diferentes variantes):
a) El coeficiente de rozamiento (0 a 0.7): Por razones de simplicidad en los cálculos se supone que
existe rozamiento entre el cuerpo y los planos horizontal e inclinado, pero no en el bucle.
b) El valor de la constante elástica del muelle, en el control de edición “Constante del muelle”.
c) El radio del bucle, dentro del límite 0.2 a 0.5 m.
d) La distancia que se comprime inicialmente el resorte.
Funcionamiento:
Cuando el bloque está en el origen, situamos el puntero del ratón sobre el bloque de color rojo, con
el botón izquierdo del ratón pulsado, se arrastra el bloque y se comprime el muelle la distancia x
deseada. A continuación, se suelta el botón izquierdo del ratón. El bloque empieza a moverse hacia
el bucle.
Para volver a repetir la experiencia, se sitúa el bloque en el origen pulsando el botón “Inicio”.
El botón “Pausa” sirve para parar momentáneamente el movimiento, que se reanuda cuando se
vuelve a pulsar el mismo botón titulado ahora “Continua”. Pulsando en el botón titulado “Paso” se
observa la posición de los bloques en cada intervalo de tiempo, paso a paso.
El programa nos permite describir muchas de las situaciones analizadas en física, en esta unidad
analizaremos especialmente:
La conservación de la energía y el balance energético cuando actúan fuerzas no conservativas.
A la izquierda del applet podemos observar de forma cualitativa el balance energético. El círculo
mayor es la energía total, y los colores indican las proporciones de cada clase de energía.
Realiza este ejercicio primero numéricamente y luego comprueba el resultado con la simulación
(deberán entregar la resolución personal y las pantallas de la simulación):
4-I: Eligiendo el cero de altura en la superficie horizontal donde se encuentra apoyado
inicialmente el bloque, y tomando: K=500 N/m, R=0,5, sin rozamiento y con rozamiento de
μ=0,6, calcula su energía cinética, potencial gravitatoria, potencial elástica y energía mecánica, en
los siguientes casos:
a) Cuando el bloque está en el origen, detenido.
b) Si se comprime el cuerpo sobre el muelle 25 cm y se suelta, calcularlas: i) en el instante
inicial, ii) al final del plano horizontal, iii) en el punto más alto que alcance sobre el plano
inclinado
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Universidad Nacional de la
Patagonia San Juan Bosco
Facultad de Ciencias Naturales
Trelew
Departamento de Química
elFÍSICA
siguiente Iproblema numéricamente aplicando
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Sede
Cátedra de
4-II Realiza
el principio de conservación de la
energía y después realízalo con la simulación comparando el resultado. Tomando K=500
N/m, μ=0,2, R=0,5 m y comprimiendo el muelle 20 cm. Calcula:
a) La energía cinética, potencial y mecánica en los puntos A, B, C y E (supone E como la altura
final a la que llegará el bloque)
b) El trabajo realizado por las fuerzas de rozamiento en los tramos A-C y C-E
c) La altura que alcanzara en el plano inclinado, si el ángulo es de 30º.
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