Conservación de la energía mecánica: que es, ejercicios.

LA conservacióndaenergíamecánica es una de las leyes de la mecánica que se deriva de principioenconservacióndaenergía. De acuerdo con la ley de conservación de la energía mecánica, cuando ninguno fuerza disipativa actúa sobre un cuerpo, toda su energía relacionada con el movimiento se mantiene constante. Esto equivale a decir que el energía cinética y el energíapotencial del cuerpo nunca cambia.

Comprender la ley de conservación de la energía mecánica es esencial para resolver una gran cantidad de Situaciones físicas que se acercan a situaciones ideales, por lo que este es uno de los temas más demandados en el campo da Mecánica en las pruebas de Enem.

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¿Qué es la conservación de energía mecánica?

LA conservacióndaenergíamecánica establece que toda la energía relacionada con el movimiento de un cuerpo se mantiene constante cuando no actúan sobre él fuerzas disipativas, como la fricción y las fuerzas de arrastre.

Cuando decimos que la energía mecánica es conservado, esto significa que la suma de los energíacinética con el energía potenciales el mismo en todo momento y en cualquier posición. En otras palabras, ninguna parte de la energía mecánica de un sistema se transforma en otras formas de energía, como Energía térmica.

Dado lo anterior, según el ley de conservación de la energía mecánica, en un sistema no disipativo, podemos decir que las energías mecánicas en dos posiciones distintas son iguales.

Y_METRO - energía mecánica

Y_C - energía cinética

Y_PAG - energía potencial

Para que podamos comprender mejor el concepto de conservación de la energía mecánica, es necesario saber qué es energíacinética y energíapotencial, por lo que explicaremos brevemente cada uno de estos conceptos en los siguientes temas.

Según la conservación de energía, la energía mecánica del automóvil en la figura es constante en todos los puntos.

Energía cinética

LA energíacinética es la energía contenida en cualquier cuerpo que tenga un cantidad de movimiento no nulo, es decir, siempre que el cuerpo tenga pasta y velocidad, estará dotado de una cierta cantidad de energía cinética.

LA energíacinética es una grandeza escalar cuya unidad, según el ssistema IUnidades Internacionales, y el joule (J). La fórmula de la energía cinética establece que esta energía es igual al producto de la pasta (m) y el cuadradodavelocidad (v²) dividido por 2.

metro - pasta

v - velocidad

Y_C - energía cinética

Para obtener más información sobre esta forma de energía, visite nuestro artículo específico: Energía cinética.

Energía potencial

LA energíapotencial es una forma de energía que se puede almacenar y que depende directamente de la posición donde un cuerpo está en relación con algún campo de fuerza, tales como el campo gravitacional, campo eléctrico y campo magnético.

LA energíapotencial sólo puede acumularse en un cuerpo cuando está sujeto a la acción de un fuerzaconservador, es decir, una fuerza que siempre aplica la misma cantidad de energía a un cuerpo, independientemente del camino recorrido.

Un ejemplo de fuerza conservadora es el fuerza Peso: si un cuerpo se levanta contra la acción del peso de la fuerza desde el suelo hasta una cierta altura, independientemente de la trayectoria recorrida por este cuerpo, la ganancia de energía potencial dependerá exclusivamente de la diferencia entre los dos alturas.

Cuando se trata de ejercicios sobre la conservación de la energía mecánica, hay dos tipos más comunes de energía potencial: una Energía potencial gravitacional y el energía potencial elástica. La energía potencial gravitacional es la forma de energía relativa a la altura de un cuerpo en relación con el suelo. Depende de la masa corporal, de la aceleración de la gravedad en su lugar y en la altura

gramo - gravedad (m / s²)

H - altura (m)

LAenergía potencial elásticaes el relacionado con deformación de algún objeto, como una goma elástica. Para calcularlo, se tiene en cuenta cuánto fue el objeto deformado (x), así como el constanteelástico de este objeto (k), medido en Newtonporsubterraneo. Si un objeto tiene una constante elástica de 800 N / m, esto indica que, al deformarse un metro, este objeto es actuado por una fuerza de 800 N. La fórmula utilizada para calcular la energía potencial elástica es la siguiente:

Para obtener más información sobre esta forma de energía, visite nuestro artículo específico: Energía potencial.

energía mecánica

LA energía mecánica y el suma de energías cinética y potencial. En otras palabras, es toda la energía que está relacionada con el movimiento de un cuerpo. La fórmula de la energía mecánica es la siguiente:

Fórmula de conservación de energía mecánica

La fórmula para la conservación de la energía mecánica es tal que la suma de la energía cinética y la energía potencial es igual para cualquier punto de un sistema mecánico donde no actúan fuerzas disipativas.

Y_Ci y es_{Cf -}energía cinética final e inicial

Y_Ci y es_{Policia Federal -}energía cinética final e inicial

Aunque la fórmula anterior es general y se puede aplicar en cualquier caso donde la energía mecánica si se conserva, es necesario enfatizar que cada caso puede presentar una forma diferente de energía potencial. Por tanto, la resolución de ejercicios es la mejor forma de entender los diferentes casos.

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Ejercicios resueltos sobre la conservación de la energía mecánica.

Pregunta 1 - Un cuerpo con masa m = 2.0 kg descansa contra un resorte con una constante elástica igual a 5000 N / m, comprimido en 2 cm (0.02 m). Despreciando las fuerzas disipativas y basándose en la figura, determine la altura que alcanza el cuerpo después de soltar el resorte y marque la alternativa correcta.

(Datos: g = 10 m / s²)

a) 4 cm

b) 10 cm

c) 5 cm

d) 20 cm

e) 2 cm

Plantilla: letra C.

Resolución:

Para resolver el ejercicio es necesario aplicar la ley de conservación de la energía mecánica. En este sentido, vemos que la energía mecánica inicial es puramente potencial elástico, y la energía mecánica final es puramente potencial gravitacional. De esta forma, debemos realizar el siguiente cálculo:

Con base en el cálculo desarrollado, encontramos que el cuerpo se eleva a una altura máxima de 5 cm, por lo que la alternativa correcta es la letra C.

Pregunta 2 - Un cuerpo se libera del resto de una rampa a una altura de 4 m. Determine la velocidad a la que estará el cuerpo cuando esté a 2 m del suelo e indique la alternativa correcta.

a) 2√10 m / s

b) 20 m / s

c) 4√10 m / s

d) 2√5 m / s

e) 3√2 m / s

Plantilla: letra a.

Resolución:

Debemos aplicar la ley de conservación de la energía mecánica en los puntos más altos y en el punto de altura igual a 2 m. Para hacer esto correctamente, debemos recordar que, en el punto más alto, el cuerpo estaba en reposo, por lo que toda su energía mecánica se expresó en forma de energía potencial gravitacional. En el punto donde la altura es igual a 2 m, hay tanto energíapotencialgravitacionalcuántoenergíacinética. Tenga en cuenta el cálculo en la siguiente figura:

Al final del cálculo anterior, cuando calculamos la raíz cuadrada de 40, factorizamos el número para que el resultado arrojara 2√10, por lo que la alternativa correcta es la letra A.

Por Rafael Hellerbrock
Profesor de física

Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm