Hoja de ejercicios de problemas de energía potencial
Contenido
Energía potencialLa definición de energía potencial dice que «es la energía almacenada que depende de la posición relativa de las diferentes partes del sistema». En los sistemas con partes que ejercen fuerzas entre sí de una magnitud que depende de la configuración o posición relativa de las partes, surge la Energía Potencial.Cuando se comprime o extiende, el muelle tiene más Energía Potencial. Una bola de acero al caer a la Tierra tiene menos Energía Potencial que cuando se eleva sobre el suelo. La Energía Potencial es capaz de realizar más trabajo en un papel elevado. La Energía Potencial es una propiedad del sistema y no de un cuerpo o partícula individual; por ejemplo, el sistema formado por la Tierra y la bola elevada tiene más Energía Potencial a medida que ambos se separan más.La Energía Potencial de un objeto depende sólo de sus configuraciones original y final. Es independiente de la dirección recorrida por los objetos. Si la posición inicial de la bola es el nivel del suelo y la posición final está a 10 m por encima del suelo, en este caso de la bola de acero y la Tierra, la Energía Potencial es la misma, independientemente de cómo o por qué camino se haya levantado la bola. El valor de la Energía Potencial es arbitrario y es proporcional a la selección del punto de referencia. En el ejemplo anterior, si la ubicación inicial fuera el fondo de un pozo de 10 m de profundidad, el dispositivo tendría el doble de Energía Potencial.
Problemas de práctica de energía potencial y cinética con respuestas
La energía potencial es la energía almacenada de un objeto. En lugar de provenir del movimiento, puede provenir de su posición respecto a otros, de la tensión interna, de la carga eléctrica o de su estado. Este objeto tiene la capacidad de producir energía cuando estas condiciones cambian. Esta energía puede ser mecánica, química, eléctrica, nuclear o magnética.
Energía potencial mecánicaLa energía mecánica es la energía del movimiento. Todos los objetos tienen una energía potencial basada en su posición (energía potencial gravitatoria) y en su capacidad de rebote (energía potencial elástica). Cuando la energía potencial de un objeto se combina con su energía cinética, se obtiene la energía mecánica. Ejemplos de energía potencial gravitatoriaCuando algo tiene una posición elevada, su energía potencial gravitatoria es alta. Por ejemplo, un libro en una estantería alta tiene mayor energía potencial que un libro en la estantería de abajo porque tiene más distancia para caer. Otros ejemplos de elementos con energía potencial gravitatoria son:
Problemas de práctica de energía potencial
1. Pon un ejemplo de algo que consideremos trabajo en circunstancias cotidianas y que no sea trabajo en el sentido científico. ¿Se transfiere o cambia de forma la energía en tu ejemplo? Si es así, explica cómo se consigue sin realizar un trabajo.
7. En el ejemplo, hemos calculado la velocidad final de una montaña rusa que desciende 20 m de altura y tiene una velocidad inicial de 5 m/s cuesta abajo. Supongamos que la montaña rusa hubiera tenido una velocidad inicial de 5 m/s cuesta arriba y que subiera por inercia, se detuviera y volviera a rodar hacia abajo hasta un punto final situado 20 m por debajo del inicio. En este caso, la velocidad final es la misma que la inicial. Explica en términos de conservación de la energía.
10. La fuerza ejercida por un trampolín es conservativa, siempre que el rozamiento interno sea despreciable. Suponiendo que el rozamiento es despreciable, describa los cambios en la energía potencial de un trampolín a medida que un nadador se lanza desde él, comenzando justo antes de que el nadador pise el trampolín hasta justo después de que sus pies lo abandonen.
13. Considere el siguiente escenario. Un coche para el que el rozamiento no es despreciable acelera desde el reposo colina abajo, quedándose sin gasolina después de una corta distancia. El conductor deja que el coche siga bajando la colina, y luego sube y supera una pequeña cresta. A continuación, baja la colina hasta llegar a una gasolinera, donde frena y llena el depósito de gasolina. Identifica las formas de energía que tiene el coche y cómo se modifican y transfieren en esta serie de acontecimientos. (Véase la figura.)
Problemas de práctica de energía potencial y cinética
Un astronauta se encuentra en un nuevo planeta. Descubre que si deja caer una roca espacial desde el suelo, ésta tiene una velocidad final justo antes de chocar con la superficie del planeta. ¿Cuál es la aceleración debida a la gravedad en el planeta?
Explicación: La ecuación de la energía potencial es . En la pregunta nos dan la masa de la pelota, la altura de la mesa y la aceleración de la gravedad. La distancia que recorre la pelota es en dirección descendente, por lo que es negativa.
Explicación: La altura máxima será cuando la pelota tenga sólo energía potencial y no energía cinética. Inicialmente, la pelota sólo tiene energía cinética y no tiene energía potencial. Podemos establecer estos valores iguales entre sí debido a la conservación de la energía.
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