Bibliografía:
Serway-Faughin.Física. Editorial Pearson Educación- Cualquier edición.
Cromer A. Física para las Ciencias de la Vida. Editorial Reverté.
Kane J.W. Física. Editorial Reverté.
Wilson - Buffa. Física.
Schaum- Física general.
Wilson - Buffa. Física.
Schaum- Física general.
Fuerzas conservativas
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Conservación de la energía, velocidad metabólica
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Trabajo y velocidad metabólica: Cromer
http://es.slideshare.net/LevanoHuamactoAlberto/6-velocidad-metabolica
Energía: Walter Levin
https://www.youtube.com/watch?v=onxGV17isfQ
Principio de conservación de la energía: unicoos
Energía mecánica: unicoos
https://www.youtube.com/watch?v=GuL2UnBwPyY
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-park1) https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/energy-skate-park-basics
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 para la clase
1-Un bloque de 2 kg se desliza
sin rozamiento 3 m a lo largo de un plano inclinado que forma un ángulo de 20°
con la horizontal. ¿Cuál es el trabajo realizado por cada una de las fuerzas
que actúan sobre el bloque? Rta: 20,1 J
2- Un bloque de 5 kg resbala 0,8
m a lo largo d una superficie horizontal. El coeficiente de rozamiento cinético
entre el bloque y la superficie es 0,4. ¿Qué trabajo realizan cada una de las
fuerzas presentes sobre el bloque?Rta: - 15,7 J
3- Si el bloque del ejercicio 1
parte del reposo,¿ Cuál es su velocidad tras deslizarse 3 m por el plano
inclinado?Rta: 4,48 m/s
4- Si el bloque del ejemplo 2
tiene una celeridad inicial de 3m/s ¿cuál es su celeridad tras deslizarse 0,8 m
a lo largo de la superficie?Rta: 1,65 m/s
5- Una persona deja caer una
pelota de 0,3 kg desde un puente que está a 12 m por encima del agua. a)¿Cuál es
su energía potencial en el punto más alto? b)¿ Cuál es la velocidad de la
pelota en el instante que toca el agua? c) Suponga que otra persona que pasa
con un bote por debajo del puente e intenta devolver la pelota lanzándola hacia
arriba. Si la velocidad de la pelota, cuando sale de la mano de la persona es
de 14 m/s, ¿ a qué altura subirá? Rta: 15,3 m/s; 10 m
6-Un bloque de masa m con una
velocidad inicial de 5 m/s se desliza sin rozamiento 4 m a lo largo de un plano
inclinado que forma un ángulo de 25 ° con la horizontal, ¿ cuál es su velocidad
cuando llega al extremo inferior del plano inclinado? Rta: 7,6 m/s
7-Una bala de 0,02 kg con una velocidad inicial de 900 m/s se incrusta en un bloque de madera. ¿Cuál es el incremento de energía interna resultante en el sistema bala-bloque? Rta: 8100 J
8- Un ciclista tiene una velocidad de 15 m/s al pie de una colina y una velocidad de 10m/s al alcanzar la cumbre de la colina. La masa total del ciclista y la bicicleta es de 65 kg y la altura vertical de la colina es de 25 m. ¿Cuál es el trabajo aplicado mínimo hecho por el ciclista para subir la colina? Si el rendimiento de los músculos del ciclisita es de 0,22, ¿ cuál es la energía mínima consumida? Rta: 1,18 x 104 J+ I ; 5,36 x 104 J
9-Un hombre de 70 kg sube corriendo un tramo de escalera de 3m de desnivel en 2s. a)¿Cuánto trabajo hace?b-¿Cuál es su potencia media?
10-a)Un motor es capaz de elevar 1000 L de agua a un tanque a 5 m de altura en 15 min y en el mismo tiempo otro motor eleva a la misma altura 2000 L de agua, ¿ qué motor desarrolla mayor potencia? En cambio para elevar a 5 m de altura 1000 L de agua un motor tarda 5 min otro tarda 20 min, ¿cuál desarrolla mayor potencia?
b)Las aspas de un molino de viento de una central eólica barren un círculo de área A. a)Si el viento tiene una velocidad v perpendicular a dicho círculo, ¿ cuál es la masa de aire que pasa a través suyo en ese tiempo? Área = 30 m2 ; v = 10 m/s; la densidad del aire a 20 °C es 1,2 kg/m3. b) ¿Cuál es la energía cinética de dicho aire?c) Soponga que la máquina convierte el 30 % de la energía eólica en energía eléctrica, ¿Cuál es la potencia eléctrica producida? Rta:5400 w
11- Un motor de montacarga tiene una potencia de 2000 W.¿A qué velocidad puede levantar una carga de 1000 kg?
12- Un hombre de 70 kg consume normalmente 1x 107 J de energía por día, cantidad ésta que depende de su actividad física,es decir de la cantidad de trabajo que hace. Calcula su velocidad metabólica.
13- Una persona consume 1,45 L de oxígeno por minuto durante un rápido pedaleo, ¿cuál es su velocidad metabólica?
14- Realiza un balance de energía (inicial, transferida por la fuerza, final) para un cuerpo de 1500 kg de masa, con una velocidad inicial de 4 m/s, actuando sobre el cuerpo una fuerza de rozamiento de 2 N. La distancia de desplazamiento es de 2 m. ¿Cuál es la velocidad al final del recorrido?
14-Dejo una actividad sobre el Coyote y Correcamino
7-Una bala de 0,02 kg con una velocidad inicial de 900 m/s se incrusta en un bloque de madera. ¿Cuál es el incremento de energía interna resultante en el sistema bala-bloque? Rta: 8100 J
8- Un ciclista tiene una velocidad de 15 m/s al pie de una colina y una velocidad de 10m/s al alcanzar la cumbre de la colina. La masa total del ciclista y la bicicleta es de 65 kg y la altura vertical de la colina es de 25 m. ¿Cuál es el trabajo aplicado mínimo hecho por el ciclista para subir la colina? Si el rendimiento de los músculos del ciclisita es de 0,22, ¿ cuál es la energía mínima consumida? Rta: 1,18 x 104 J+ I ; 5,36 x 104 J
9-Un hombre de 70 kg sube corriendo un tramo de escalera de 3m de desnivel en 2s. a)¿Cuánto trabajo hace?b-¿Cuál es su potencia media?
10-a)Un motor es capaz de elevar 1000 L de agua a un tanque a 5 m de altura en 15 min y en el mismo tiempo otro motor eleva a la misma altura 2000 L de agua, ¿ qué motor desarrolla mayor potencia? En cambio para elevar a 5 m de altura 1000 L de agua un motor tarda 5 min otro tarda 20 min, ¿cuál desarrolla mayor potencia?
b)Las aspas de un molino de viento de una central eólica barren un círculo de área A. a)Si el viento tiene una velocidad v perpendicular a dicho círculo, ¿ cuál es la masa de aire que pasa a través suyo en ese tiempo? Área = 30 m2 ; v = 10 m/s; la densidad del aire a 20 °C es 1,2 kg/m3. b) ¿Cuál es la energía cinética de dicho aire?c) Soponga que la máquina convierte el 30 % de la energía eólica en energía eléctrica, ¿Cuál es la potencia eléctrica producida? Rta:5400 w
11- Un motor de montacarga tiene una potencia de 2000 W.¿A qué velocidad puede levantar una carga de 1000 kg?
12- Un hombre de 70 kg consume normalmente 1x 107 J de energía por día, cantidad ésta que depende de su actividad física,es decir de la cantidad de trabajo que hace. Calcula su velocidad metabólica.
13- Una persona consume 1,45 L de oxígeno por minuto durante un rápido pedaleo, ¿cuál es su velocidad metabólica?
14- Realiza un balance de energía (inicial, transferida por la fuerza, final) para un cuerpo de 1500 kg de masa, con una velocidad inicial de 4 m/s, actuando sobre el cuerpo una fuerza de rozamiento de 2 N. La distancia de desplazamiento es de 2 m. ¿Cuál es la velocidad al final del recorrido?
14-Dejo una actividad sobre el 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
Visualizar el siguiente vídeo
http://youtu.be/kjHAyfnv-Jw
Para
recordar conceptos
Walter Levin
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.
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?
15- Un bloque de 1 kg que tiene inicialmente una velocidad de 3 m/s es empujado una distancia de 6 m sobre un piso horizontal , mediante una fuerza de 8 N que forma hacia abajo un ángulo de 30° con la horizontal. El coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es 0,3. Realiza un balance de energía, calcula la velocidad del cuerpo al final del recorrido.
15- Un bloque de 1 kg que tiene inicialmente una velocidad de 3 m/s es empujado una distancia de 6 m sobre un piso horizontal , mediante una fuerza de 8 N que forma hacia abajo un ángulo de 30° con la horizontal. El coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es 0,3. Realiza un balance de energía, calcula la velocidad del cuerpo al final del recorrido.
Guía 3
Trabajo y energía
1)Una gota de lluvia (m = 3,35 x 10-6 kg) cae verticalmente con rapidez constante bajo la influencia de la gravedad y la resistencia del aire. Después de que la gota ha descendido 100 m. Cuál es el trabajo realizado por: a) la gravedad, b) la resistencia del aire. Rta: 0,03283 J; - 0,03283 J
2) Un bloque de 15 kg, se arrastra sobre una superficie rugosa por una fuerza de 70 N que actúa a 20 ° sobre la horizontal. El bloque se desplaza 5 m y el coeficiente de fricción cinética es de 0,3. Realiza un diagrama de cuerpo libre y determine el trabajo efectuado por: a) La fuerza de 70 N, b) La fuerza normal, c) La fuerza de gravedad, d)¿ Cuál es la energía cinética perdida debido a la fricción, e) Encuentre el cambio total en la energía cinética del bloque.
3) Una partícula esta sometida a una fuerza Fx que varía con la posición, como se ve en la figura. Encuentre el trabajo realizado por la fuerza sobre la partícula cuando se mueva. A) de x= 0 a x = 5 m; b) x= 5 a x = 10 m; c) x = 10 a x= 15 m; d) ¿Cuál es el trabajo total realizado?
4) Se sabe que un móvil está subiendo por una rampa inclinada, con rozamiento, a velocidad creciente. Cuáles son verdaderas de las siguientes afirmaciones: 1) La energía mecánica es constante. 2) La suma de los trabajos de todas las fuerzas es cero. 3) El rozamiento compensa exactamente el peso del cuerpo. 4) Actúa alguna fuerza exterior, aparte del peso y del rozamiento, que hace el trabajo distinto de cero. 5) El trabajo de la fuerza resultante es > 0.
5) ¿ Qué fuerza de rozamiento constante detiene en 20 m a un tejo de 100 g que se desplaza por un piso horizontal con una velocidad inicial de 20 m/s y en cuanto tiempo?
a) 0; 1 s b) 1N; 2 s c) 10 N; 4 s
d)100N; 10 s e) 1000 N; 2 s f) 10000 N; 4 s
6) ¿Qué potencia media en HP entrega el motor a un auto de 1500 kg que parte del reposo y alcanza en 30 s una velocidad de 30 m/s? Aproximadamente.
a) 22500 b) 30,2 c) 22,5
d) 904,8 e) 27,1 x 103 f) ninguno
7) Un hombre da un empujón a una caja cuya masa es de 4 kg. Como consecuencia la misma se desplaza con una velocidad inicial de 6 m/s por el plano horizontal. Luego comienza a subir por un plano inclinado de 30°. Hay rozamiento entre el cuerpo y la superficie del plano inclinado. Por esta causa, el cuerpo, se detiene a una altura de 1,5 m en vez de detenerse más arriba. A) Calcular la fuerza de rozamiento que actúa sobre el cuerpo, suponiendo que es constante,b) ¿ Cuál será la velocidad del cuerpo al pie del plano inclinado, cuando retorne? Rta: 4 N; 4,9 m/s
8) Tanto el momento de torsión como el trabajo son productos de fuerza por distancia. Explica la diferencia entre ambos. ¿Tienen las mismas unidades?
9) Es necesario hacer trabajo sobre un cuerpo para producir cada uno de los siguientes cambios de estado: a) Cambiar el módulo de la velocidad pero no su dirección, b) Cambiar la dirección de la velocidad pero no su módulo.
10) Una pelota de futbol, cuya masa es de 450 g, se desplaza horizontalmente a una rapidez de 18 m/s. Si al impactar sobre los guantes del arquero los mueve hacia atrás una distancia de 20 cm hasta detenerse, ¿cuál es la intensidad de la fuerza ejercida por el deportista sobre la pelota, suponiendo que ésta sea constante? Rta: 364,5 N
11) Determinen cuál es el valor de la velocidad que necesita un saltador de garrocha para pasar sobre una barra ubicada a 4,8 m de altura, suponiendo que el centro de gravedad del atleta está inicialmente a 1 m sobre el suelo. Rta: 8,63 m/s.
12) Un cuerpo de masa de 10 kg se deja caer desde un punto A, situado a 6 m de altura, por un plano inclinado de 30°. Luego se desplaza por un plano horizontal hasta que sube por otro plano inclinado de 45 °, despreciando el rozamiento. Calcular: a) ¿Cuál será la energía cinética en el punto B? b)Cuáles serán: la energía mecánica, potencial y cinética del cuerpo en el punto C situado a 2 m de altura? C) ¿ Cuál será la velocidad del cuerpo cuando se mueve en el plano horizontal? D) ¿A qué altura del segundo plano inclinado se detendrá? Rta: 600 J; 200 J 10,95 m/s, 6 m.
13) Un coche compacto, tiene una masa de 800 kg y su eficiencia esta cercana al 18% (esto es 18 % de la energía del combustible se entrega a las ruedas). Encuentre la cantidad de gasolina empleada para acelerarlo desde el reposo hasta 27 m/s. Use el hecho de que la energía equivalente a 1 galón de gasolina es 1,34 x 10 5 J. Si demora 10 s en alcanzar la velocidad, ¿ qué distancia se desplaza? Rta: 1,24 x 10-2 galones; 135 m.
