martes, 23 de febrero de 2016

Energía cinética y potencial

¿Qué es la energía cinética y potencial? ¿Podríamos conocer cuál va a ser la velocidad de impacto de un sujeto que cae desde una altura conocida para hacer un salto?

Este trabajo consiste en definir y explicar las energías cinéticas y potenciales en una primera parte; y en una segunda, vamos a calcular la velocidad de impacto de un sujeto que cae desde un altura conocida para hacer un salto. Por eso vamos a utilizar diferentes soportes: manuscrita, gráfica y vídeo.

1-. ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL

La energía cinética es la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento relativo a una referencia dada.
Dos tipos:

  • de translación, etc
  • de rotación, etc

Se mide en Julios (J).

También es la capacidad que posee un cuerpo para realizar trabajo por el hecho de estar en movimiento.
Teorema de la energía cinética: El cambio en la energía cinética de un sistema es igual a la suma del trabajo de todas las fuerzas ejercidas sobre el último.


La energía potencial de un sistema físico es la energía asociada con una interacción que tiene el potencial de transformar en energía cinética.

Hay distintos tipos de Ep:

  • La energía potencial gravitatoria (Ep) es la energía que poseen los cuerpos por el hecho de hallarse a cierta altura sobre la superficie de la Tierra.


  • La energía potencial elástica (Ep) es la energía que poseen los cuerpos elásticos a causa de la deformación que han experimentado.


La energía mecánica de un cuerpo es la suma de su energía cinética y su energía potencial pues es la relación entre las 2:

Teorema de la energia mecanica: La variación de la energía mecánica es igual a la suma de las actividades de las fuerzas no conservativas ejercida sobre el sistema.


Ejemplo 1: La pelota.

En la imagen podemos ver que la pelota es estática, que no se mueve entonces su energía poténciale está a su máximum y su energía cinética es nula.


Vemos que aquí la pelota se mueve porque hay una nueva energía que viene en cuenta como el viento o rose del suelo por ejemplo. Como la pelota se mueva hay una energía cinética  pero hay también una energía poténciale cómo podemos ver en el grafico n°2.


En este imagen vemos que la pelota  coge velocidad entonces la energía cinética aumenta y la energía poténciale disminuye como podemos ver en el grafico n°2.


Por fin la pelota está de nuevo estática entonces la energía cinética es nula y la energía potencial está a su máximum.

Ejemplo 2: La bicicleta.

En la primera fase, la bicicleta es estática, no se mueve entonces su energía potencial está a su máximum y su energía cinética es nula.


En la imagen, la bicicleta se mueva porque hay la energía del hombre sobre la bicicleta que produce una energía. Por eso hay una energía cinética pero hay también une energía potencial cómo podemos ver en el gráfico n° 2.

La bicicleta coge velocidad porque la energía potencial se transforma en energía cinética entonces la energía potencial disminuye y la energía cinética aumenta como podemos ver en el gráfico n° 1.
En la fase terminal, la bicicleta seria de nuevo sin movimiento entonces inmóvil.
La energía cinética seria nula y la energía potencial seria a su máximum.

2-. ANALISIS DINAMICA DE UN SALTO

Para ilustrar el análisis dinámico de un salto y calcular la velocidad de impacto del sujeto que cae desde una altura conocida, hemos grabado un vídeo donde vimos un balón de fitball que cae de una altura conocida. En este vídeo, seguimos la trayectoria del fitball, desde su punto inmóvil de máxima altitud hasta  su punto de altitud mínima al nivel del suelo (cf. Anexia 1)

La Energía mecánica Em de un cuerpo es la suma de su energía cinética y potencial:

El principio de conservación de la energía es: si las únicas fuerzas que realizan trabajo sobre un cuerpo son conservadores, la Em del cuerpo permanece constante:

Podemos conocer cuál va ser la velocidad de impacto a un sujeto que cae desde una altura conocida para hacer un salto.

3-. BIBLIOGRAFÍA

  • M. V. Penston. Dynamics of Self-Gravitating Gaseous Spheres—III: Analytical Results in the Free-fall of Isothermal Cases. MNRAS. 1969. 144 (4): 425-448.
  • Shiguang Li, Shaoping Xu, , Shuqin Liu, Chen Yang, Qinghua Lu. Fast pyrolysis of biomass in free-fall reactor for hydrogen-rich gas. Fuel Processing Technology. Volume 85, 15 July 2004, 1201–1211.
  • Kovacs, W D. VELOCITY MEASUREMENT OF FREE-FALL SPT HAMMER. Linda Hall Library. 1979. 1-10.
  • Ligang Wei, Shaoping Xu, , Li Zhang, Changhou Liu, Hui Zhu, Shuqin Liu. Steam gasification of biomass for hydrogen-rich gas in a free-fall reactor. International Journal of Hydrogen Energy. Volume 32, Issue 1, January 2007, 24–31.

4-. AUTORES
  • Eline ASSELINEAU
  • Karlotta MAGNIN
  • Margaux REDAL
  • Julien TAUZIN  

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