El que no se

Soluciones Energía mecánica y Caída Libre… y lanzamiento vertical hacia arriba Si no se dice otra cosa, no debe considerarse el efecto del roce con el aire.

1.Un objeto de masa m cae libremente de cierta altura. ¿En qué lugar de la trayectoria será máxima la energía: cinética, potencial y total?, ¿y mínimas? La energía cinética es máxima en el momento de llegar al suelo, eso si la caída lahace sin tropiezos. La energía potencial es máxima en preciso instante antes de caer, si es que se considera como referencia el nivel del suelo. Si se escogiera otro nivel de referencia habría que examinar de nuevo la situación. La energía total mecánica, al no haber disipación de energía por efecto de roce, en todo momento tiene un mismo valor, que equivale a la suma de la energía cinética ypotencial para un mismo instante o una misma posición. La energía cinética es mínima en el preciso instante antes de caer, debido a que en ese momento su velocidad es nula. La energía potencial es mínima en el momento de llegar al suelo (h = 0 m), si acaso se escoge el suelo como nivel de referencia. Si se escoge otro nivel de referencia, habría que examinar nuevamente esta respuesta. 2.Se puede afirmarque la energía potencial de un cuerpo depende del sistema de referencia que se escoja, estableciendo un nivel para U = 0 J, ¿se puede decir, también, que la energía cinética de un cuerpo depende del sistema de referencia que se escoja? Si es afirmativa su respuesta, dé un ejemplo que lo muestre claramente. Sí, también depende del sistema de referencia que se escoja. Un ejemplo. Supongamos queAntonio y María van en un automóvil que se desplaza a razón de 20 m/s, respecto al suelo, en una carretera. Esto lo observa otra persona, Juan, que está en reposo en la orilla de la carretera. Entonces, Juan estima que la energía cinética de Antonio la debe calcular con la velocidad que lleva el automóvil, debido a que él (Antonio) va moviéndose junto al vehículo, por lo tanto obtendrá cierto valor.Sin embargo, María observa a Antonio siempre a su lado, por lo tanto no lo verá moverse, ya que ambos van en el vehículo y, uno respecto al otro no se mueve, y tampoco respecto al vehículo, por lo tanto, para María, Antonio tiene una velocidad nula, y su energía cinética será nula. Si Antonio tuviera una masa de 70 kg. Energía cinética de Antonio respecto a Juan: K = (70 kg x (20 m/s)2 / 2 = 14.000J Energía cinética de Antonio respecto a María: K = (70 kg x (0 m/s)2 / 2 = 0 J Y ambos tienen razón, la diferencia de los resultados se debe a que usan diferentes sistemas de referencia. 3.Si se considerara el efecto del roce con el aire, en la caída de un cuerpo. ¿Cómo se comportaría la energía mecánica a medida que cae? Refiérela a cada tipo de energía. A medida que cae la energía potencial vadisminuyendo hasta hacerse nula en el momento de llegar al suelo o donde caiga. En relación a la energía cinética. Como el roce con el aire hace que la velocidad disminuya, la velocidad que va adquiriendo es menor que la que tendría, en un mismo
Hernán Verdugo Fabiani Profesor de Matemática y Física

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instante, si cayera en caída libre (en este caso su velocidad no se vería afectada). Elroce hace que la aceleración con que cae el objeto no sea exactamente la aceleración de gravedad. Bueno, si bien es cierto la energía cinética del objeto aumenta a medida que cae, debido al aumento de velocidad, no aumenta en la misma medida que si cayera libremente, por lo que hay una “perdida” de energía cinética. Esa pérdida de energía cinética en realidad es una transformación, hay unatransformación a energía térmica. Tanto el objeto como el ambiente aumentan su temperatura, aunque probablemente sea difícil detectar ese aumento. La energía total, entonces, también se ve disminuida, ya que en cada instante corresponde a la suma de las energías cinética y potencial. Y como la cinética va “perdiendo” algo a medida que cae (en realidad va transformándola a energía térmica), entonces la...