Trabajo Y Energía

Departamento de Física y Química

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Cuestiones

1.

Un satélite describe una órbita circular alrededor de la Tierra. Conteste razonadamente a las siguientes preguntas:

  1. ¿Qué trabajo realiza la fuerza de atracción hacia la Tierra a lo largo de media órbita?
  2. Si la órbita fuera elíptica, ¿cuál sería el trabajo de esa fuerza a lo largo de una órbita completa?

Respuesta:

a) No se realiza trabajo, ya que el vector desplazamiento y el correspondiente a la fuerza forman un ángulo de 90o

b) La Fuerza de la Gravedad es una fuerza conservativa y el trabajo que realiza una fuerza conservativa en una trayectoria cerrada es cero El trabajo realizado por las fuerzas conservativas no dependen de la trayectoria solo de la posición inicial y final. En una orbita completa no cambia la posición, regresa a la posición de partida, y no se realiza trabajo.

2.

  1. Defina energía potencial a partir del concepto de fuerza conservativa.
  2. Explique por qué, en lugar de energía potencial en un punto, deberíamos hablar de variación de energía potencial entre dos puntos. Ilustre su respuesta con algunos ejemplos.

Respuesta:

a) La energía potencial es la que se ha acumulado en un sistema debido al trabajo ejercido con anterioridad, sobre ese sistema, venciendo una fuerza de tipo conservativa.

b)

3.

  1. ¿Por qué la fuerza ejercida por un muelle que cumple la ley de Hooke se dice que es conservativa?
  2. ¿Por qué la fuerza de rozamiento no es conservativa?

Respuesta:

a) Porque es capaz de restituir todo el trabajo ejercido para vencerla.

b) Porque las fuerzas de rozamiento no son capaces de restituir el trabajo ejercido para vencerlas

4.

Una partícula parte de un punto sobre un plano inclinado con una cierta velocidad y asciende, deslizándose por dicho plano inclinado sin rozamiento, hasta que se detiene y vuelve a descender hasta la posición de partida.

  1. Explique las variaciones de energía cinética, de energía potencial y de energía mecánica de la partícula a lo largo del desplazamiento.
  2. Repita el apartado anterior suponiendo que hay rozamiento.

Respuesta:

a) Cuando el objeto está subiendo por el plano inclinado, su Ec inical se está convirtiendo progresivamente en Ep (la mantiene acumulada). Cuando el cuerpo ha transformado toda su Ec inicial, es decir, ha alcanzado la máxima altura, la Ep se irá transformando otra vez en Ec al bajar. Todo ello nos lleva a la conclusión de que su Energía mecánica se habrá conservado a lo largo de todo el trayecto, con lo que la energía cinética será la misma cuando sube que cuando baja.

b) Si consideramos el rozamiento, cuando el objeto esté subiendo parte de la Ec se disipará debido a la actuación del rozamiento. Cuando el sistema alcance su altura máxima (menor que sin rozamiento), y se disponga a bajar, parte de la Ep se irá disipando y otra parte convirtiendo en Ec. Al punto de partida llegará con menos velocidad que cuando salió de él, porque parte de la energía se habrá disipado por el rozamiento

Problemas

5.

Con un arco se lanza una flecha de 20 g, verticalmente hacia arriba, desde una altura de 2 m y alcanza una altura máxima de 50 m, ambas sobre el suelo. Al caer, se clava en el suelo una profundidad de 5 cm.

  1. Analice las energías que intervienen en el proceso y sus transformaciones.
  2. Calcule la constante elástica del arco (que se comporta como un muelle ideal), si el lanzador tuvo que estirar su brazo 40 cm, así como la fuerza entre el suelo y la flecha al clavarse.
g =10 m s-2

Respuesta:

6.

Un bloque de 500 kg asciende a velocidad constante por un plano inclinado de pendiente 30º, arrastrado por un tractor mediante una cuerda paralela a la pendiente. El coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es 0,2.

  1. Haga un esquema de las fuerzas que actúan sobre el bloque y calcule la tensión de la cuerda.
  2. Calcule el trabajo que el tractor realiza para que el bloque recorra una distancia de 100 m sobre la pendiente. ¿Cuál es la variación de energía potencial del bloque?
g =10 m s-2

Respuesta:

  1. Aquí se puede hacer el esquema de las fuerzas

7.

Un bloque de 1 kg desliza con velocidad constante por una superficie horizontal y choca contra el extremo de un muelle horizontal, de constante elástica 200 N m -1, comprimiéndolo.

  1. ¿Cuál ha de ser la velocidad del bloque para comprimir el muelle 40 cm?
  2. Explique cualitativamente cómo variarían las energías cinética y potencial elástica del sistema bloque - muelle, en presencia de rozamiento.
g = 10 m s2

Respuesta:

Más problemas

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