Conservación de la energía mecánica grado 9
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Un ejemplo de sistema mecánico: Un satélite orbita alrededor de la Tierra influenciado únicamente por la fuerza gravitatoria conservativa; por tanto, su energía mecánica se conserva. La aceleración del satélite está representada por el vector verde y su velocidad por el vector rojo. Si la órbita del satélite es una elipse, la energía potencial del satélite y su energía cinética varían con el tiempo, pero su suma permanece constante.
En ciencias físicas, la energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética. El principio de conservación de la energía mecánica establece que si un sistema aislado está sometido únicamente a fuerzas conservativas, la energía mecánica es constante. Si un objeto se mueve en la dirección opuesta a una fuerza neta conservativa, la energía potencial aumentará; y si la velocidad (no la rapidez) del objeto cambia, la energía cinética del objeto también cambia. En todos los sistemas reales, sin embargo, habrá fuerzas no conservativas, como las fuerzas de fricción, pero si son de magnitud despreciable, la energía mecánica cambia poco y su conservación es una aproximación útil. En las colisiones elásticas, la energía cinética se conserva, pero en las colisiones inelásticas parte de la energía mecánica puede convertirse en energía térmica. La equivalencia entre la pérdida de energía mecánica (disipación) y el aumento de la temperatura fue descubierta por James Prescott Joule.
Fórmula de conservación de la energía mecánica
Conservación de la energía mecánica: La energía mecánica se conoce como “energía del movimiento”, ya que se encuentra en los objetos que se mueven o tienen la capacidad de moverse. A excepción de la fuerza gravitatoria, establece que la energía mecánica de un objeto en un sistema cerrado permanece constante si no está sometido a ninguna fricción, es decir, a la resistencia del aire. Cuando utilizamos un martillo para, por ejemplo, golpear un clavo y clavarlo en la pared, sólo estamos ejerciendo una fuerza sobre el clavo con la ayuda del martillo.
Un martillo no tiene energía cinética, pero sí tiene algo de energía potencial cuando está en reposo. Cuando balanceamos un martillo hasta una cierta distancia de un clavo antes de golpearlo, se libera energía cinética, y la combinación de energía cinética y potencial del martillo, conocida como energía mecánica, hace que el clavo se clave en la pared. En este artículo, estudiaremos y aprenderemos en detalle el concepto de conservación de la energía mecánica.
La conservación de la energía mecánica se entenderá mejor si primero nos familiarizamos con el concepto de energía mecánica. La energía mecánica de un objeto es la suma de su energía potencial y su energía cinética.
Ensayo sobre la conservación de la energía mecánica
La conservación de la energía mecánica establece que la energía mecánica de un sistema aislado permanece constante en el tiempo, siempre que el sistema esté libre de todas las fuerzas de fricción. En cualquier situación real, las fuerzas de fricción y otras fuerzas no conservativas están siempre presentes, pero en muchos casos sus efectos sobre el sistema son tan pequeños que el principio de conservación de la energía mecánica puede utilizarse como una aproximación justa. Un ejemplo de un sistema de este tipo se muestra en . Aunque la energía no puede crearse ni destruirse en un sistema aislado, puede convertirse internamente en cualquier otra forma de energía.
Un ejemplo de sistema mecánico: Un satélite orbita alrededor de la Tierra influenciado únicamente por la fuerza gravitatoria conservadora y, por tanto, la energía mecánica se conserva. La aceleración se representa con un vector de aceleración verde y la velocidad con un vector de velocidad rojo.
Qué es la conservación de la energía mecánica
Una masa se mantiene contra un muelle comprimido. Cuando se suelta el muelle, éste empuja la masa a lo largo de una pista sin fricción. Después de cierta distancia, la pista se convierte en una rampa y se inclina hacia arriba. El objeto en el que nos centramos es la masa, y siente la fuerza del muelle, la fuerza de la gravedad y la fuerza normal de la pista. Aunque podríamos analizar el movimiento de la masa utilizando fuerzas, como la masa siempre viaja perpendicular a la fuerza normal, las únicas fuerzas que afectan a la energía cinética de la masa son la fuerza del muelle y la fuerza de la gravedad. Y ambas son fuerzas conservativas que pueden describirse mediante el uso de energías potenciales. {Recordemos del teorema trabajo-energía que una fuerza perpendicular al movimiento de un objeto no realiza ningún trabajo y por lo tanto no cambia su KE.}
Como sabemos que la conservación de la energía nos dará una relación que restringe las variables relevantes del problema -desplazamientos y velocidades-, veamos qué nos da. Podemos utilizar la conservación de la energía en la forma “energía inicial = energía final” o “cambio de energía = 0”. Utilicemos la primera:
