ENERGÍA MECÁNICA

La energía mecánica se puede definir como la capacidad que tiene un cuerpo de realizar trabajo mecánico debido a causas de origen mecánico, como su posición o su velocidad. Existen dos formas de energía mecánica que son la energía cinética y la energía potencial.

La energía mecánica, Em, se define como la suma de la energía cinética, k,  y la energía potencial, U:

Em = K + U

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA

Para llevar una masa m situada en el punto A a una altura h en el campo gravitacional terrestre, hasta un punto B, se debe hacer trabajo mecánico, el trabajo del peso, mg, es el mismo a través de cualquier trayectoria, ya sea la trayectoria 1, 2 o 3 y es igual a mgh, que corresponde a un cambio en la energía potencial de la masa m.

En este caso se dice que el trabajo realizado por el peso no depende de la trayectoria, y se dice que el peso es una fuerza conservativa y por tanto el campo gravitacional es un campo conservativo. Otras fuerzas conservativas en la naturaleza son la fuerza elástica, la fuerza eléctrica y otras.

Las fuerzas cuyo trabajo depende de la trayectoria, se denominan fuerzas disipativas, o no conservativas, como la fuerza de fricción, en este caso la energía no se recupera.

Para el caso de una masa que cae desde cierta altura en el campo gravitacional terrestre, como el trabajo es igual al cambio en la energía cinética:  

W = k_f  – k_o = Δk

Y el trabajo del peso,  es también igual a la variación negativa de la energía potencial:

W = U_o – U_F = – ΔU

Igualando las dos expresiones del trabajo de la fuerza gravitacional

k_f – k_o = U_o – U_F

Reordenando:

k_o + U_o =  k_f + U_F

esto significa, que si la energía cinética aumenta, la energía potencial disminuye, y si la energía cinética disminuye, la energía potencial aumenta.

 

Es decir,    E_Mo  = E_Mf

Lo que significa que la energía mecánica inicial es igual a la energía mecánica final, cuando esto sucede, la energía mecánica no cambia, se conserva.

Podemos enunciar el principio de conservación de la energía mecánica como: La energía mecánica de un cuerpo permanece constante en un proceso, siempre que las fuerzas que actúan sobre él sean conservativas. 

  SIMULACIÓN: 

Con esta simulación comprobará la conservación de la energá mecánica.

https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_es.html

Active todas las opciones que muestra el simulador

A)  INTRODUCCIÓN. Sin fricción

i) PISTA DE PATINAJE Coloque el patinador en el punto más alto

a) ¿Cuando es máxima la energía cinética?

b) ¿Cuando es máxima la energía potencial?

c) ¿Qué relación existe entre la energía cinética y la energá potencial? 

d) ¿Siempre se mantiene constante la energía  total?

e) Si coloca al patinador en cualquier otro punto diferente al más alto,  ¿Subirá al final de la pista?  ¿Por qué?

 SELECCIONE LAS OTRAS PISTAS DE PATINAJE

ii) En el resbaladero: Cloloque el patinador en el punto más alto


a) CONTESTE LAS PREGUNTAS  ANTERIORES


b)  ¿ Qué clase de movimiento es el que tiene el patinador mientras está en la pista?

c) ¿ Qué clase de movimiento tiene el patinador cuando abandona la pista? Justifique


iii) EN LA OTRA PISTA DE PATINAJE.  Coloque el patinador en el punto más alto


a) ¿Cuando es máxima la energía cinética?

b) ¿Cuando es máxima la energía potencial?

c) ¿Qué relación existe entre la energía cinética y la energá potencial? 

d) ¿Siempre se mantiene constante la energía  total?

e) COLOQUE EL PATINADOR EN CUALQUIER PUNTO DIFERENTE AL MÁS ALTO:

¿El patinador en este caso alcanza el punto más alto de la pista? ¿Por qué?

 
B) Con fricción

a) ¿El patinador alcanza una posición simétrica en su movimiento? ¿Por qué?

b) ¿Que sucede con la energía cinética y potencial  del patinador?

c) ¿La energía mecánica se conserva? Justifique

iv) EN EL PATIO. TRACE LA PISTA DE PATINAJE QUE PREFIERA.  Coloque el patinador en el punto más alto de la pista. Conteste:


a) ¿Cuando es máxima la energía cinética?

b) ¿Cuando es máxima la energía potencial?

c) ¿Qué relación existe entre la energía cinética y la energía potencial? 

d) ¿Siempre se mantiene constante la energía  total?

e) Si coloca al patinador en cualquier otro punto diferente al más alto,  ¿Subirá al final de la pista?  ¿Por qué?

  PARA SABER MÁS

.https://www.fisicalab.com/apartado/energia-mecanica#contenidos

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/mecanica.htm?1&3

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/conservacion.htm

http://www.universoformulas.com/fisica/dinamica/principio-conservacion-energia-mecanica/

EJERCICIOS PARA PRACTICAR:

https://drive.google.com/open?id=1qjiRYVXh4HYQxBYtdzJ8QT9pdc93TFS3

1.-Una bola de masa 2 kg se desliza, sin fricción, por el tobogán ABCD, que se indica en la figura.

 

En A, la energía cinética de la esfera es de 10 J, y su energía potencial es de 54 J. ¿Cuáles de las afirmaciones siguientes son correctas? Considere g = 10 m/s²

a)       La energía cinética de la bola al pasar por B, es de 64 J.

b)      La energía potencial de la bola en C, vale 18 J.

c)       La energía cinética de la esfera al pasar por C, vale 64 J.

d)      La energía mecánica total de la esfera vale 64 J.

e)       La velocidad de la bola en D, es de 8 m/s.

2.- Una piedra de masa 2 kg se deja caer desde un punto A, y después desciende en forma vertical, como se muestra. Suponiendo que la resistencia del aire no sea despreciable, diga cuál de las siguientes afirmaciones son correctas.

 ( considere g = 10 m/s²)

a) La energía mecánica total de la piedra en A, es igual a 100 J.

b) La energía mecánica total de la piedra en B, es igual a 100 J.

c)  La energía potencial en B,  de la piedra es igual a 40 J.

d) La energía cinética de la piedra en B, es igual a 60 J.

e) La energía potencial que pierde la piedra durante la caída, se transforma íntegramente en energía cinética.