La energía se puede definir como la capacidad de realizar un trabajo en la física. La Ley de Conservación de la Energía establece que la energía no se puede producir ni destruir en ningún proceso. Sin embargo, puede cambiarse de una forma a otra. La energía total contenida en el sistema aislado permanece constante cuando se consideran todos los tipos de energía. Esta ley se aplica a todo tipo de energía. En resumen:
Un solo sistema, desconectado de todo su entorno, conserva toda su energía. Esto se ilustra a través del siguiente diagrama de un péndulo oscilante:
Fórmula
Ut = Ui + W + Q
dónde,
- U i denota la energía inicial de un sistema
- W denota el trabajo realizado
- Q denota el calor agregado o eliminado
Derivación
Suponiendo que el potencial gravitatorio en la superficie terrestre es cero. Considere el caso de una fruta que cae al suelo.
Suponga que A es un punto en el árbol a una altura de ‘h’ desde el suelo; la velocidad de la fruta es cero, por lo tanto, la energía es más alta allí.
E = masa × constante de gravitación × altura …(1)
A lo largo de su trayectoria de descenso, su energía potencial disminuye pero su energía cinética crece.
La fruta cae libremente por gravedad hacia la parte inferior del árbol en el punto B, y está a una altura ‘a’ del suelo, y tiene velocidad cuando llega al punto B. Como resultado, tendrá simultáneamente cinética y energía potencial en este momento.
Energía potencial = m × g × x …(2)
La tercera ecuación de movimiento establece que: v 2 = 2g × (h – a)
o bien, Energía cinética del fruto = mg × (h – a) …(3)
De las ecuaciones anteriores tenemos:
E = mg × (h – a) + m × g × x
= mgh
De manera similar, el resultado se puede probar para diferentes valores de altura de la fruta que cae.
Problemas de muestra
Pregunta 1. Se deja caer un objeto de 2 kg desde un edificio de 30 m. Encuentre su velocidad cuando está a 10 m sobre el suelo.
Solución:
La energía potencial del objeto disminuye a medida que cae, pero su energía cinética aumenta.
Cambio en energía potencial = mgf final – mgf inicial
= 2 kg x 10 m/sx 10 m – 2 kg x 10 m/sx 30 m
= −400J
Ahora, mv2/2 = 400
o v = 20 m/s
Pregunta 2. ¿Por qué los dispositivos de movimiento perpetuo no pueden funcionar?
Solución:
La máquina de movimiento perpetuo es una idea para una máquina que continúa moviéndose indefinidamente sin disminuir la velocidad. A lo largo de los años, se ha descrito una variedad infinita de equipos maravillosos. Entre ellas se encuentran bombas que se dice que funcionan solas usando su propia parte superior del agua que cae, ruedas que se dice que se mueven solas usando masas desequilibradas y una variedad de imanes autorepelentes.
Pregunta 3. Encuentra la energía conservada en un sistema dada su energía inicial 600 J y energía final 4800 J.
Solución:
ΔE sis = E dentro −E fuera
= 4800 – 600 J
= 4200J
Pregunta 3. ¿Cuándo tendría un resorte en movimiento la energía cinética más alta? Explique.
Solución:
Cuando el resorte se desplaza a su máxima velocidad, la energía cinética es máxima. Sin embargo, cuando el resorte está más apretado y brevemente inmóvil, la energía potencial es máxima. Cuando el resorte se extiende debido a la fuerza de compresión, la energía potencial cae a medida que aumenta la velocidad.
Pregunta 4. Un péndulo de 390 kg de masa ha alcanzado su altura máxima a 1,2 m. Encuentre su velocidad en el punto más bajo.
Solución:
Energía potencial del péndulo a una altura de 1,2 m = mgh
= 390 x 10 x 1,2
= 4680J
Ahora, 4680 J = mv 2 /2
v = 4,88 m/s
Pregunta 5. Se deja caer un objeto de 12 kg desde un edificio de 60 m. Encuentre su velocidad cuando está a 10 m sobre el suelo.
Solución:
La energía potencial del objeto disminuye a medida que cae, pero su energía cinética aumenta.
Cambio en energía potencial = mgf final – mgf inicial
= 12 kg x 10 m/sx 10 m – 12 kg x 10 m/sx 60 m
= 1200 – 7200
= −6000J
Ahora mv 2 /2 = 6000
o v = 10 m/s
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por parmaramolaksingh1955 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA