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Física (secundario)

Trabajo y energía mecánica: cuándo se conserva y cuándo no

La energía es una de las ideas más potentes de la física del secundario y, en la NES, es el eje que organiza la Física de 4° año. Permite resolver problemas de movimiento sin pensar en el tiempo ni en la aceleración. El problema aparece cuando no queda claro qué energía hay en cada punto o cuándo se pierde por rozamiento.

El tema

Para arrancar

En clase trabajamos marcando un punto inicial y uno final y escribiendo qué energías hay en cada uno. Con eso, la conservación de la energía mecánica se vuelve una igualdad sencilla. Después sumamos el trabajo del rozamiento, la potencia y el rendimiento, que suelen aparecer en las últimas preguntas de la prueba. Siempre controlamos si el resultado tiene sentido. Así llegás a la prueba sabiendo qué hacer.

Conceptos clave

Lo que tenés que entender

  • Energía cinética

    Ec = ½ · m · v². Depende de la masa y, sobre todo, de la velocidad, que va al cuadrado.

  • Energía potencial gravitatoria

    Ep = m · g · h. Depende de la altura respecto de un nivel de referencia que elegís vos.

  • Energía potencial elástica

    Epe = ½ · k · x², donde k es la constante del resorte y x su estiramiento.

  • Conservación

    Sin rozamiento, la energía mecánica, cinética más potencial, es la misma en todos los puntos.

  • Trabajo del rozamiento

    Con rozamiento, la energía mecánica final es menor que la inicial, y la diferencia es el trabajo de esa fuerza.

  • Potencia

    P = trabajo / tiempo. Se mide en watts y dice qué tan rápido se transfiere energía.

Paso a paso

Un ejercicio como los de la prueba

Resuelto como lo hacemos en clase: primero la idea, después la cuenta.

Ejercicio resuelto

Un carrito de 2 kg parte del reposo desde lo alto de una rampa de 5 m de altura y baja sin rozamiento. Usando g = 9,8 m/s², calculá su energía potencial inicial y su velocidad al llegar abajo.

  1. Energía potencial inicial: Ep = m · g · h = 2 · 9,8 · 5 = 98 J. La cinética inicial es 0 porque parte del reposo.
  2. Abajo, con h = 0, toda esa energía es cinética: Ec = 98 J.
  3. ½ · 2 · v² = 98, entonces v² = 98.
  4. v = √98 ≈ 9,90 m/s.
  5. Control: v = √(2 · g · h) = √(2 · 9,8 · 5) = √98. Coincide.

Resultado La energía potencial inicial es 98 J y llega abajo a unos 9,90 m/s.

Ojo con esto

Los errores típicos

  1. Olvidar el ½ o no elevar la velocidad al cuadrado en la energía cinética.
  2. Usar la altura en centímetros.
  3. Aplicar conservación cuando el problema tiene rozamiento.
  4. No elegir un nivel de referencia para la altura.
  5. Confundir potencia con energía.

En clase

Cómo lo trabajamos con Gabriela

Trabajamos con una tabla de energías en el punto inicial y en el final, que ordena cualquier problema. Practicamos con rampas, resortes, caídas y situaciones con rozamiento, que son las que más suelen tomar.

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Dudas

Preguntas sobre este tema

¿No está tu pregunta? Escribinos.

¿La velocidad final depende de la masa?

Sin rozamiento, no: en el ejemplo la masa se cancela y v = √(2 · g · h). Una pelota liviana y una pesada llegan con la misma velocidad.

¿Qué es un joule?

Es la unidad de energía y de trabajo del Sistema Internacional. Un joule es el trabajo de una fuerza de 1 N a lo largo de 1 m.

¿Dónde va la energía que se pierde por rozamiento?

No desaparece: se transforma principalmente en energía térmica, por eso las superficies se calientan.

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