Escritorio del docente

Programa Conectar Igualdad.com.ar

  • Secuencias » 
  • Física » 
  • Energía mecánica, energía cinética, energía potencial

Energía mecánica, energía cinética, energía potencial

Imprimir

Compartir

    

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En Física, se define como la capacidad para realizar un trabajo. En Tecnología y Economía, se refiere a un recurso natural, incluyendo a la tecnología asociada para extraerla, transformarla y luego darle un uso industrial o económico.

Autor: Hernán Ferrari

Responsable disciplinar: Silvia Blaustein

Área disciplinar: Física

Temática: Energía mecánica. Energía cinética y energía potencial.

Nivel: Secundario, ciclo básico

Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

  • Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
  • Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
  • Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En Física, se define como la capacidad para realizar un trabajo. En Tecnología y Economía, se refiere a un recurso natural, incluyendo a la tecnología asociada para extraerla, transformarla y luego darle un uso industrial o económico.

Energía cinética o de movimiento

La energía cinética es un concepto fundamental de la Física que aparece tanto en la mecánica clásica como en la mecánica relativista y la mecánica cuántica. La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas de un sistema. Para un cuerpo puntual de masa m que se desplaza a una velocidad v la energía cinética viene dada por la expresión:formula1

Esta magnitud es extensiva por lo que la energía de un sistema puede expresarse como la suma de las energías de las partes. Así, por ejemplo, puesto que los cuerpos están formados por partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo.

Energía potencial o de posición

La energía potencial o de posición es aquella que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración. La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un campo de fuerzas conservativo, es decir, que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:

  • El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido. Por lo tanto, solo depende de la posición final e inicial.
  • El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.
  • Existe una función de la que se puede derivar la fuerza, llamada energía potencial. La variación de esta función en la posición final respecto de la inicial es igual a menos el trabajo realizado por la fuerza entre estas dos posiciones.
  • Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes, es decir, que cualquiera de ellas implica la otra.

Conservación de energía

  • La energía mecánica se conserva cuando todas las fuerzas derivan de un potencial -fuerzas que se denominan conservativas- o bien las fuerzas no conservativas, no realizan trabajo.

Objetivo de las actividades

  • Que los alumnos analicen la conversión de energía potencial en energía cinética en un cuerpo cayendo y la variación de la energía mecánica en función del tiempo.

Actividad 1

  1. En los siguientes videos se puede observar la caída de un papel para colocar masa, con la que luego de su cocción en el horno se obtendrá como resultado una rica magdalena. El primero de dichos videos, filmado en interiores, fue realizado desde más cerca y se pueden observar los primeros pasos de la caída. En el siguiente enlace puede obtenerse un detalle cuadro por cuadro para su procesamiento.

    Por otro lado, un segundo video filmado con mejor iluminación y un poco más alejado, se puede ver en:

    http://www.youtube.com/watch?v=ovPaGcWYdrU&feature=player_embedded

    Pueden bajarse un archivo con el detalle cuadro por cuadro para su procesamiento del siguiente enlace.

  2. Para cada cuadro, en cada una de las dos caídas, midan la posición de la canasta para magdalenas en función del tiempo, sabiendo que la filmación está realizada a 25 cuadros por segundo. En ambas filmaciones se puede observar sobre las cartulinas una escala realizada de a pasos de 5 cm.
  3. Utilizando una hoja de cálculo, realicen tablas de posición y tiempo. Con estas medidas calculen la velocidad con la que cae la canasta en función del tiempo. ¿La velocidad aumenta de forma constante?
  4. A continuación, se presentan unas imágenes que muestran mediciones de las posiciones y las velocidades en la primera y segunda caída. grafico1grafico2
    • Calculen la energía potencial y cinética para cada posición y grafíquenlas junto con la energía mecánica en función del tiempo.
    • Estimen la aceleración de la canasta y con ella la fuerza de rozamiento. Calculen el trabajo de la fuerza de rozamiento y compárenlo con la variación de energía mecánica. ¿De qué manera depende la fuerza de rozamiento de la velocidad?
  5. Realicen un informe en un procesador de textos de sus equipos portátiles en el que expliquen los distintos pasos realizados en este experimento, las mediciones que se realizaron y las conclusiones a las que hayan podido llegar. Incluyan todos los gráficos que puedan confeccionar a partir de las mediciones realizadas.