Tipos de energía, trabajo mecánico, energía cinética, potencial gravitatoria.

Clase 1:

Actividad 1:

La energía es quizás el concepto científico más popular y uno de los más difíciles de definir. Una de las razones en que radica esta dificultad se puede asociar al hecho de que todos tenemos una idea intuitiva de la energía, correcta o equivocada, que intentamos defender con diferentes argumentos. El término se escucha con frecuencia en anuncios publicitarios de “bebidas energizantes”, medios de comunicación escritos y campañas televisivas, frases célebres, los Simpson. A continuación se presenta una muestra de ello.

Luego de leer y visualizar el siguiente material:

1) Publicidad de bebidas energizantes.

2) Año internacional de la energía sustentable para todos.

3) Asociado a lo humano, con el descanso.

4) Energía nuclear.

5) Frases célebres atribuidas a Albert Einstein.

 La actividad consiste en que  identifiquen, interpreten y registren en sus carpetas para cada situación de qué manera es abordado el concepto de energía en la cotidianidad.

Material:

1- Bebidas energizante.

2) Día internacional de la energía sostenible para todos.

Energía vital Los griegos la llaman NEUMA, los hindúes PRANA, los chinos CHI, los japoneses KI y los emberá JAI, para todos es energía vital, la que recorre nuestro cuerpo y nos mantiene equilibrados física y emocionalmente. De allí nacieron prácticas como el Yoga, el Tai chi, el Chi kung o la acupuntura. Técnicas que trabajan la mente, la respiración y el ejercicio físico para mejorar el carácter, dar optimismo y llenar el alma de confianza. Entonces inhalemos y exhalemos para desarrollar y dirigir la energía vital. Porque la energía es mucho más que electricidad, es lo que nos mueve cada día.

¿Qué es energía? No hay que tener la mente de un premio Nobel de Física para entender que la energía está en todo el universo, la encontramos en el Sol, en una pizza al ponerla en el horno, al pedalear una bicicleta, al acelerar un vehículo o al recargar el celular. Todo tiene energía, no es ciencia ficción, la energía la encontramos en algo más que un clásico del cine. También Está presente cuando sonreímos o cuando usamos la camiseta de nuestra selección. Porque la energía es mucho más que electricidad, es lo que nos mueve cada día.

Energía fósil Ahora muchos gastan su energía pensando en el fin del mundo, pero lo que no saben es que muy pronto llegará el fin pero de la energía fósil. ¿Cómo llega esa energía fósil a nosotros? Sólida como el carbón, líquida como el petróleo y gaseosa como el gas natural. ¿De dónde la sacan? De lo profundo de la Tierra y es consumida a diario por casi todo el mundo: Usted, Él, Ellos y también Yo: por ejemplo cuando nos calentamos, cuando nos transportamos y cuando cocinamos. Por eso no necesitamos ser videntes para saber que la energía fósil se agota, a la Tierra le queda energía fósil sólo por unos años más, eso es una realidad.

3- En lo humano, con el descanso.

Me voy a desenchufar

Que mañana el mundo voy a

salvar

Me voy a desenchufar

Que mañana el mundo voy a

salvar

Ya se acaba el día

Y no me quedan energías

He aprendido, he jugado,

Es hora de estar desenchufado

Me pongo mi pijama y quedo listo

para la cama

Con mi sonrisa bien cepillada

Y mis poderes los recargo con la

almohada

Me voy a desenchufar

Que mañana el mundo voy a

salvar

Me voy a desenchufar

Que mañana el mundo voy a

Salvar

4- Energía nuclear

Censura nuclear a 'Los Simpson'

Canales de televisión de Alemania, Austria y Suiza retiran episodios de la serie de Matt Groening por sus bromas sobre la energía nuclear

Con lo nuclear no se bromea. Al menos desde el accidente en la planta nuclear de Fukushima, provocado por el terremoto y el tsunami que hasta el momento han dejado más de 11.000 víctimas mortales y unos 17.000 desaparecidos en Japón. Tres cadenas de televisión de Alemania, Austria y Suiza están censurando o revisando capítulos de la serie Los Simpson que contienen alusiones a accidentes nucleares,según The Hollywood Reporter.

El canal ORF de Austria ya ha retirado dos episodios cuya emisión estaba programada: el número 66, Marge consigue un empleo, que retrataba la muerte por radiación de Marie y Pierre Curie, y el capítulo 346, En un día claro no puedo ver a mi hermana, en el que hay bromas sobre la fusión de reactores, según el diario alemán Tagesspiegel. En total, ORF ha puesto en cuarentena ocho episodios hasta finales de abril, cuando volverá a revisar sus políticas de comunicación sobre el desastre de Fukushima. Las cadenas Pro7 (Alemania) y SF (Suiza) han anunciado que retirarán todos los episodios en los que aparezcan referencias a esastres nucleares.

La central de Springfield, una destartalada planta nuclear, tiene mucho protagonismo en las tramas de la serie, una creación de Matt Groening emitida por primera vez enThe Tracey Ullman Show en 1987, solo un año después del desastre de Chernóbil. Se trata del negocio del señor Burns y del lugar de trabajo de Homer Simpson y muchos otros habitantes de la ciudad de Springfield, que no destacan precisamente por su meticulosidad ni sus precauciones. Curiosamente, la creación de Matt Groening ha sido siempre bastante crítica con la energía nuclear. La serie empieza con Homer Simpson lanzando una barra radiactiva por la ventanilla del coche, y en el lago cercano a la central vive Blinky, un pez mutado con tres ojos. Ya en la primera temporada (1990), la serie parodia un vídeo promocional acerca de la seguridad de la energía nuclear

Recuperado de: lpais.com/elpais/2011/03/29/actualidad/1301381333_850215.html

5-Frases célebres atribuidas a Albert Einstein

a)"Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad".

b) “El amor por la fuerza nada vale, la fuerza sin amor es energía gastada en vano”.

Clase 2:

Guía de actividades:

1)Leer y hacer la autoevaluación de la unidad “La energía”

Recuperado desde: http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/potencial.html

2 ) Visualizar el siguiente video:

https://www.youtube.com/watch?v=onxGV17isfQ

Experimentores:

https://www.youtube.com/watch?v=QJkS6hEkuS4

https://www.youtube.com/watch?v=IQ37qobDuQs

Cienciabit

https://www.youtube.com/watch?v=HF-FrkrjPeA

Energía potencial

https://www.youtube.com/watch?v=GlKEG-POSxE

Revisión de Ec, Ep;Em

Revisión sobre Ec, EP, Em

1-Convierte las siguientes cantidades de energía a julios:

i. 3000 cal

ii. 25 kcal (kilocalorías)

2-Un cuerpo transfiere a otro 645,23 cal. ¿Cuántos julios son?

3-Un cuerpo de cierta masa está en reposo a una altura determinada y se deja caer

libremente.

a) ¿Qué energía tiene cuando está en reposo a una altura determinada?

b) ¿Qué ocurre con la energía cinética durante la caída?

c) ¿Qué energía tiene cuando llega al suelo?

4-Un vehículo de 1104 kg que circula por una carretera recta y horizontal varía su velocidad de 17 m/s a 7 m/s. ¿Cuál es el trabajo que realiza el motor?

5-Calcula el trabajo necesario para subir un cuerpo de 85 kg, a velocidad constante, desde una altura de 11 m hasta una altura de 16 m.

6-Un cuerpo de 10 kg cae desde una altura de 20 m. Calcula:  La energía potencial cuando está a una altura de 10 m.

7-Un cuerpo de 46 kg cae desde una altura de 11 m. Calcula la velocidad con la que impacta en el suelo(considera el principio de conservación de la energía).

8-Calcula el trabajo que se hace al levantar unas pesas de 500 N a una altura de 2,2 m. ¿Cuál es su Ep?

9- Una roca se eleva hasta una cierta altura de modo que su energía potencial respecto al suelo es de 200 J, y después se deja caer, ¿cuál es su energía cinética un instante antes de llegar al suelo?

10- ¿Con qué energía cinética tocará tierra un cuerpo cuya masa es 2500 g si cae libremente desde 12 mde altura?

11-Con una fuerza horizontal de 150 N se empuja una caja de 40 kg 6 m sobre una superficie horizontal rugosa. Si la caja se mueve a velocidad constante , hallar: a) el trabajo realizado por la fuerza de 150 N, b) la energía cinética debido a la fricción, c) el coeficiente de fricción cinética.

12-Una partícula de 0,6 kg tiene una velocidad de 2 m/s en el punto A y una energía cinética de 7,5 J en B. ¿Cuál es su energía cinética en A? ¿Su velocidad en B? ¿El trabajo total realizado sobre la partícula cuando se mueve de A a B?

13- Una bala de 15.0 g se acelera en el cañón de un rifle de 72.0 cm de largo hasta una velocidad de 780 m/s, Emplee el teorema del trabajo y la energía para encontrar la fuerza ejercida sobre la bala mientras se acelera

Trabajo mecánico

1- Un trineo de masa m sobre un estanque congelado es pateado y adquiere una velocidad inicial v = 2 m/s. El coeficiente de fricción cinético entre el trineo y el hielo es µ = 0.10. Utilice consideraciones de energía para encontrar la distancia que se mueve el trineo antes de detenerse.

2-Calcula el trabajo que realiza la fuerza de rozamiento sobre un cuerpo de 13kg que se desplaza una distancia de 46 m si el coeficiente de rozamiento entre las superficies es de 0,45

Clase 3: (para el jueves próximo)

Simulador Phet, link:

1) https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/energy-skate-park-basics

2) https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/energy-skate-park
Al hacer clic en descargar aparece un mensaje: este tipo de archivo puede dañar el ordenador, pero el técnico me explicó que se debe a que el explorador no reconoce la página, que si se descarga no pasa nada...
prueben o averigüen ustedes...

También se puede visualizar desde aquí,  es on line y trabajan directamente
 http://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_en.html

Guía de actividades:

 Trabajaran en esta actividad con un applet PhET de la Universidad de Colorado. En la página de este proyecto hay que buscar la simulación: energy-Skate-park-basics, clickear la pestaña que permite diseñar una pista personal (Track Playground) una vez allí, seleccionar la grilla “ mostrar cuadricula" y el medidor de velocidad “Speed”. Sin fricción.

En el extremo superior izquierdo aparecerá un recuadro amarillo con tres círculos unidos entre sí por una línea. Arrastrando con el mouse este recuadro hacia el centro de la pantalla, obtendremos un sector de pista, si se repite el proceso anterior, es posible agregar nuevos tramos de pista.

Para esta actividad se solicita una pista con tres zonas de nivel plano, un primer tramo a 4 m, otro a 2 m y un tercero a 4 m. Luego arrastren al patinador  hasta el extremo izquierdo de la pista a un altura de 5 m, verán que el patinador comienza a recorrer la pista una y otra vez.

Analiza y responde:                                  

1)¿La altura máxima alcanzada por el patinador en cada vuelta y en cualquier extremo es la misma que la altura inicial desde donde fue soltado?

2) ¿En el instante que toma la altura máxima, qué valor toma la velocidad?

3) ¿ En las dos zonas que están a la misma altura la velocidad coincide, tanto al ir como al regresar?

4)¿ En la zona de menor altura, qué valor toma la velocidad ? 

5) ¿Se cumple el principio de conservación?

A continuación se propone modificar el nivel central, llevándolo a 0 metros, dejando igual todo el resto.

Contesten las siguientes preguntas, sin hacer correr el simulador:

1)¿Alcanzará el patinador la misma altura máxima en los extremos que en la primera experiencia?

2)¿Será igual el valor de velocidad en las zonas 1 y 3?

3)¿Será el mismo valor numérico que en la primera experiencia?

Prueben ahora con el simulador y respondan las mismas preguntas.

Escribe una conclusión de la actividad realizada.

Práctica de Ec, Ep y Em (para mañana Martes)

1- Una roca se eleva hasta una cierta altura de modo que su energía potencial respecto al suelo es de 200 J, y después se deja caer,a) ¿cuál es su energía cinética un instante antes de llegar al suelo? Justifica.

2- a)¿Con qué energía cinética tocará tierra un cuerpo cuya masa es 2500 g si cae libremente desde 12 m de altura? b) calcula la energía potencial y la energía cinética a 3 m de altura respecto al suelo. c) Indica el valor de la energía mecánica en el punto más alto, a 3 m de altura y en el instante en que llega al suelo, justifica.

3- Demuestra dando valores, si la velocidad aumenta al doble, ¿ Cómo se modifica la energía cinética? a) Aumenta 4 veces; b)Disminuye 4 veces; c) Aumenta 2 veces.

4-En una feria nos subimos a una “Barca Vikinga” que oscila como un columpio. Si en el punto más alto estamos 12 m por encima del punto más bajo y no hay pérdidas de energía por rozamiento. Calcula: a) ¿A qué velocidad pasaremos por el punto más bajo? (Resultado: v = 15.3 m/s) b) ¿A qué velocidad pasaremos por el punto que está a 6 m por encima del punto más bajo? (Resultado: v = 10.8 m/s)
5- Desde una ventana que está a 15 m de altura, lanzamos hacia abajo una pelota de 500 g con una velocidad de 20 m/s. Calcular: a) Su energía mecánica en el punto más alto. (Resultado: Em = 173.5 J) b) A qué velocidad llegará al suelo. (Resultado: v = 26,34 m/s)

Hola, dejo práctica para mañana jueves sobre trabajo mecánico.

1-Un cuerpo cae libremente y tarda 3 s en tocar tierra. Si su peso es de 4 N, ¿qué trabajo deberá efectuarse para elevarlo hasta el lugar desde donde cayo?.

2) Un carrito de 5 N es desplazado 3 m a lo largo de un plano horizontal mediante mediante una fuerza de 22 N. Luego esa fuerza se transforma en otra de 35 N a través de 2 m. Determinar:

a) El trabajo efectuado sobre el carrito.

b) la energía cinética total.

c) la velocidad que alcanzó el carrito.

3)Un avión de 10000 kg vuela horizontalmente con una rapidez de 200 metros por segundo, si el piloto acelera hasta alcanzar una rapidez de 300 metros por segundo, en la misma condición del movimiento ¿Calcule el trabajo realizado?

Dejo nueva práctica sobre trabajo mecánico y la energía.

1)¿Qué fuerza se debe realizar para que un cuerpo recorra 3 m realizando un trabajo de 24 joul?

2) Un auto de 1000kg para rebasar a una moto de carreras acelera desde 54km/h hasta 90km/h. Si el rebase tardó apenas 5 segundos, determine el trabajo mecánico realizado.

3) Hallar el trabajo total, sabiendo que un bloque se desplaza 10m a la derecha, aplicándole una fuerza de 200 N que forma un ángulo de 30 º con la horizontal, la normal es de 50 N y la fuerza de rozamiento es de 20N.

4)Un bloque de 2.5 kg de masa es empujado 2.2 m a lo largo de una mesa horizontal sin fricción por una fuerza constante de 16.0 N dirigida 25° por sobre la horizontal.Encuentre el trabajo efectuado por: (a) la fuerza aplicada, (b) la fuerza normal ejercida por la mesa, (c) la fuerza de la gravedad, y (d) la fuerza neta sobre el bloque

Hola dejo aquí la actividad del Coyote y Correcamino

Actividad : La Física de los dibujos animados, Coyote y Correcaminos.

El coyote bien podría ser mascota de ingenieros o físicos, pues continuamente diseña o emplea resortes, poleas, estructuras, catapultas, cohetes, patines, arcos, cañones, péndulos y, por supuesto, tiene que hacer cálculos para determinar la máxima distancia horizontal que, por ejemplo, alcanzará al convertirse en un proyectil animal cuyo destino es el correcaminos.

Visualizar el siguiente vídeo

http://youtu.be/kjHAyfnv-Jw

Para recordar conceptos

Walter Levin

https://www.youtube.com/watch?v=onxGV17isfQ

Ley de inercia

https://www.youtube.com/watch?v=FghZEOeWcWA

Acción y reacción

https://www.youtube.com/watch?v=kWY4YAJcnx4

Conceptos físicos a tener en cuenta:

E. cinética, E. potencial, E. mecánica, Principio de conservación de la energía.

Leyes de Newton, centro de gravedad, rozamiento.

Ley de Hooke, fuerza gravitatoria.

Cantidad de movimiento, Principio de conservación de la cantidad de movimiento.

Se les propone:

-Identificar los principios y leyes en cada situación.

-Explicarlos o definirlos.

-Describir lo que sucede con esos principios y leyes en el dibujo animado y cómo deberían suceder las cosas en el mundo real en la siguiente secuencia didáctica.

Actividad:

1.Video del globo aerostático. ( hasta 1:07 min)

1-¿El ventilador es útil así colocado?

2-¿Cómo controla el ascenso y el descenso un globo aerostático en la realidad? ¿Cuánto puede pesar un globo aerostático? 
3-¿Qué ley física explica el ascenso del globo cuando se desinfla  ?

3-¿Cuándo los objetos caen como el yunque y el coyote en presencia de aire, quién debería caer primero? ¿ qué condiciones de deben cumplir para que un cuerpo caiga con rapidez terminal en presencia de aire? 

2.Vela sobre patines ( 1:07 a 1:46) y motor fuera de borda (2.34 a 3:18)

1-¿Podría funcionar un sistema de propulsión como el propuesto en estos dos clips? Defiende tu respuesta.

2-Los esquemas de propulsión mostrados en los clips ¿respetan la tercera ley de Newton? Explica

3-¿Por qué en ambos clips el coyote sigue de largo?

3.Bandita elástica gigante.( 1:46 a 2:06)

1-¿ Qué establece la Ley de Hooke?

2-¿Puede ocurrir lo que allí se visualiza?

4.Bala humana.(2:06 a 2:34)

1-¿Qué establece el principio de conservación de la cantidad de movimiento? ¿Se cumple este principio en esta escena?

2- Un gramo de dinamita puede proporcionar aproximadamente 1100 calorías (unidad de calor), expresar en Joule empleando la tabla de conversión.

3-Averigua la masa aproximada de un coyote, con los datos que tienes calcula la velocidad que podría desarrollar si fuera despedido por el cañón. ¿Con dicha velocidad sufriría alguna consecuencia el cuerpo del coyote?Analiza.

5. Roca como péndulo.( A partir de 3,23 min a 3:38)

1- Analiza el comportamiento de la roca como un péndulo, el coyote la tira, el correcaminos se detiene, la roca sigue girando y cae sobre coyote. Aplicando consideraciones energéticas ¿puede ocurrir esto en la realidad? Justifica.

- Planteamiento de un problema con base en la escena

Suponiendo que el coyote se encuentra a una altura de 20 m sobre el suelo y se encuentra en un puente que sería el centro del péndulo, ¿qué velocidad debe suministrar a una bola gigante de 200 kg para que logre dar la vuelta y caerle nuevamente a él en la cabeza?  Esto, suponiendo que la bola subirá otros 20 m antes de caerle nuevamente en la cabeza (tal y como se observa en la escena).

Se solicita:

a)     1- Calcular la energía mecánica en el punto más alto.

b)      2-La energía potencial, cinética y mecánica en el momento de lanzarla.

c)      3-La velocidad con que el coyote debería lanzarla para que dé la vuelta completa.

6. Video de la roca.( 3:38 a 4:14 min)

1-Aquí se ve una clara demostración de la importancia de saber dónde se encuentra el centro de  gravedad de las cosas. Explica como se puede hallar el centro de gravedad de un cuerpo. ¿Qué es la base de sustentación? Explica.

2-¿ Está bien usada la plomada?
3- ¿Dónde debería caer la roca?

7.Roca que rueda (4:14 a 4:24)

1-El camino que sigue la roca luego de cruzar el camino ¿es realista?

2-El resultado del "regreso" de la roca ¿obedece al principio de conservación de la energía?

8. Lanzamiento por resorte.( 4:24 a 4:45)

1- En la ley de hooke, ¿qué significado tiene la constante k de resorte?

2-¿Cuál podría ser la constante del resorte si el coyote es capaz de comprimirlo por presión o empuje horizontal?