Los materiales líquidos y gaseosos son denominados fluidos. En un sólido, el movimiento de las partículas consiste en una vibración de las mismas, ya que un sólido tiene forma y volumen fijo. Sin embargo, un fluido líquido, el volumen es constante, pero la forma ya no es fija. Algo similar ocurre en los fluidos gaseosos en cuanto al volumen: no está definido. Lo interesante es que los gases tampoco presentan volumen propio.
Analizando en más profundidad a los líquidos, no podemos pasar por alto lo descubierto por Arquímedes en el Siglo III a.C. Descubrió, ni más ni menos, la relación entre el líquido desalojado por un cuerpo que es sumergido en el fluido y la fuerza de flotación o empuje que recibe.
Principio de Arquímedes
El Principio de Arquímedes sostiene que, cuando un cuerpo está total o parcialmente sumergido en un fluido que se encuentra en reposo, -como por ejemplo un vaso con agua-, sobre dicho cuerpo actúa una fuerza de empuje, que es vertical, su sentido es hacia arriba y su valor es igual al peso del fluido que se ha desalojado por el objeto o parte de él que se encuentra sumergido.
Pensemos un poco mejor estas maravillosas palabras en términos matemáticos.
Como dijimos, el empuje es igual al peso del líquido desalojado. Esto lo expresaremos, en fórmulas, de la siguiente manera:
\( E=P_{liqdesalojado}\) (Ecuación 1)
En esta ecuación, Plíqdesalojado representa el peso del líquido desalojado y E, la fuerza de empuje. ¿Esto qué significa? Que si colocamos un objeto dentro de un fluido y se pudiera medir el peso del líquido que se desalojó, este peso sería exactamente igual a la Fuerza de empuje experimentada por dicho cuerpo cuando fue sumergido en el fluido.
Por otro lado, sabemos que el peso de cualquier cuerpo es igual a su peso específico por el volumen que ocupa. Es decir:
\( P _{cuerpo} =\rho _{cuerpo} \cdot V _{cuerpo} \) (Ecuación 2)
Sabiendo eso, detengámosnos a ver la Ecuación 1. Allí, veremos que aparece \( E=P _{ liqdesalojado }\). Dicho peso ahora puede ser reemplazado por \( \rho_{liqdesalojado} \cdot V \), dado que eso es justamente lo que expone la ecuación 2. De esa manera, obtendremos que:
Aquí, \( \rho_{liqdesaloj} \) es el peso específico del líquido y\( V_{liqdesalojado}\)es el volumen del líquido desalojado.
Continuando, sabemos que el volumen del líquido desalojado coincide con el volumen del cuerpo sumergido. Si notamos como \(V_{cuerposumergido}\) al volumen del cuerpo sumergido, nos queda:
Esta ecuación es, quizás, la más conocida de las formas de presentar el Principio de Arquímedes.
Para terminar el análisis, podemos notar que, como el peso específico de un líquido es igual a su densidad (notada comoδ) por el valor de la gravedad, podemos reescribir la Ecuación 4 como:
\( E=\delta \cdot g \cdot V_{cuerposumergido}\)
En el llamado equilibrio hidrostático, el valor del empuje deberá ser igual al peso del objeto, es decir, el peso del líquido desalojado es igual al peso del cuerpo sumergido.
Resumen de fórmulas de Arquímedes
Las ecuaciones y fórmulas usadas en este artículo pueden ser resumidas en el siguiente cuadro:
Utilizar modelos científicos y escolares que expliquen situaciones referidas a las leyes de la dinámica.
Interpretar conceptos fundamentales de la Física con el fin de aplicarlos en la resolución de situaciones problemáticas cotidianas.
Realizar correctos modelos escolares y científicos, con el fin de predecir movimientos en el tiempo y el espacio.
Resolver y analizar situaciones problemáticas de hidrostática e hidrodinámica, discutiendo resultados.
Realizar experiencias relacionadas con fluidos y fuerzas.
Comunicar resultados y conclusiones en informes de laboratorio escritos y organizados correctamente, de acuerdo a modelos previamente analizados.
Valorar el poder creativo de Dios.
El alumno deberá (para aprobar la Parte Experimental de la Evaluación Integradora de Física Clásica y Moderna) realizar correctamente la siguiente experiencia de laboratorio:
Objetivo: Calcular la densidad de un fluido conocido utilizando el Principio de Arquímedes y demostrar su relación con el empuje que experimenta un cuerpo sumergido en dicho fluido.
Hipótesis: El empuje que experimenta un cuerpo sumergido depende de la densidad del fluido en el que se lo sumerge.
Materiales:
3 probetas graduadas.
Balanza.
Una masa.
Densímetro
Alcohol.
Agua.
Procedimiento:
SECCIÓN 1:
Parte I:
Colocar un volumen V1 previamente fijado de agua dentro de la probeta I. Es indistinta la cantidad de agua que desea utilizarse.
Colocar la masa (mcuerpo sumergido) dentro de la probeta I que contiene agua (inclinando levemente la probeta I).
Medir el nuevo volumen V2 indicado por la probeta graduada.
Obtener el volumen del cuerpo sumergido aplicando diferencia de volúmenes, según:
Vcuerpo sumergido=V2-V1=Vfluido desalojado
Colocar una probeta II sobre la balanza, midiendo su masa (mprobeta II)
Echar dentro de la probeta II un volumen exactamente igual a Vfluido desalojado.
Obtener la masa del agua colocada en la probeta II (mfluido) con la balanza, teniendo en cuenta que dicha masa deberá ser obtenida de la ecuación:
mtotal=mprobeta II+mfluido
Calcular el peso del líquido desalojado según:
plíquido desalojado=mfluido. g
En base a los datos registrados de Vfluido desalojado y mfluido, calcular la densidad del agua y el peso específico del agua.
Parte II:
Sabiendo que E=Plíquido desalojado, obtener la densidad del agua a partir de
E=δ.g.Vfluido desalojado
Comparar el valor de la densidad obtenida en el punto 1 de la Parte II con el del valor obtenido en el punto 9 de la Parte I.
Comparar el valor de la densidad obtenida con el leído en el densímetro sumergido en agua.
SECCIÓN 2:
Repetir todos los procesos de la sección 1 utilizando alcohol en vez de agua.
Comparar los valores de empuje experimentado por el cuerpo sumergido (que debe ser el mismo que el utilizado en la sección 1) en el agua y en el alcohol.
Parte Teórica
El alumno deberá realizar un informe de laboratorio completa y correctamente. No deberá olvidarse de realizar las tablas donde se registren los datos obtenidos de V1, V2, Vcuerpo sumergido, Vfluido desalojado, mprobeta II, mtotal, mfluido, E ypara su futura corrección.
El principio de Arquímedes – Ensamble de Ideas, Fácil de entender, fácil de aprender – Copyright MMXXII
Es hora de estudiar un poco los fenómenos relacionados con la luz. En particular, este artículo comenzará una serie de estudios sobre fenómenos de óptica geométrica. Las fuentes luminosas son aquellos cuerpos de los cuales surge la luz, mas muchas veces los objetos aparecen iluminados sólo porque reflejan la luz proveniente de otras fuentes luminosas, como en el caso de la Luna por las noches, que refleja la luz del Sol.
Teniendo en cuenta la incidencia de la luz en los diversos objetos, podemos clasificar a los objetos, en principio, de acuerdo a tres categorías:
Los cuerpos opacos, translucidos y tranparentes
Cuerpos transparentes:
Estos cuerpos son los que permiten que la luz (o al menos una gran parte de ella) los atraviese, como el caso de los vidrios no polarizados de un auto o las lentes de los anteojos.
El material del vaso de la imagen es un cuerpo transparente.
Cuando la luz incide en un cuerpo transparente, ocurre un fenómeno muy diferente al de los cuerpos opacos y translúcidos. Los cuerpos transparentes permiten que la luz los atraviese prácticamente sin absorberla ni difundirla en otras direcciones. Esto significa que, cuando la luz incide en un cuerpo transparente, la mayor parte de la luz pasa a través de él de manera clara y sin cambios significativos en su dirección o intensidad.
Cuando la luz atraviesa un cuerpo transparente, no se observa una dispersión significativa de la luz, lo que resulta en sombras nítidas detrás del objeto transparente. Los objetos vistos a través de un material transparente se ven con gran claridad y detalle, y su color y forma se mantienen prácticamente sin cambios.
Ejemplos comunes de cuerpos transparentes incluyen el vidrio limpio, el aire en condiciones normales y ciertos plásticos transparentes. Estos materiales se utilizan en ventanas, lentes, espejos sin revestimiento y otros dispositivos ópticos para permitir una visión clara y sin distorsiones de los objetos detrás de ellos. La propiedad de transparencia de estos materiales se debe a su estructura molecular y su capacidad para transmitir la luz de manera eficiente
Cuerpos translúcidos:
Los cuerpos translúcidos permiten que sólo una parte de la luz los atraviese, generando una imagen difusa de lo que se encuentra detrás de ellos, como algunos tipos de ventanales que encontramos en baños.
Cuando la luz incide en un cuerpo translúcido, se produce un fenómeno de paso parcial de la luz a través del material. A diferencia de los objetos opacos, que bloquean completamente la luz, y los objetos transparentes, que permiten un paso completo de la luz sin distorsión, los objetos translúcidos dejan pasar la luz, pero la dispersan o la difunden en múltiples direcciones.
Cuando la luz golpea un cuerpo translúcido, parte de ella se absorbe y se convierte en energía térmica, mientras que otra parte se transmite a través del material. Esta transmisión no es perfecta, y la luz puede experimentar una dispersión que a menudo produce un efecto difuso y suaviza las sombras detrás del objeto translúcido. Este fenómeno es lo que permite que veamos formas y contornos generales de objetos translúcidos, pero no detalles nítidos.
La cantidad de luz transmitida y la dispersión dependen de la composición y la estructura del material translúcido. Algunos ejemplos comunes de materiales translúcidos incluyen el papel cebolla, el vidrio esmerilado y ciertos tipos de plásticos. Estos materiales se utilizan a menudo en aplicaciones donde se desea una difusión suave de la luz, como en lámparas de papel, pantallas de lámparas y ventanas decorativas.
Ejemplo de cuerpo traslúcido.
Cuerpos opacos:
Estos cuerpos no permiten el paso de la luz o permiten que pasen sólo una muy pequeña fracción de la totalidad de luz que les incide. Cada uno de ellos presenta diferentes utilidades en la vida cotidiana de acuerdo al fin que se le dará a los objetos. ¿Para qué utilizarías tú cada uno de los cuerpos mencionados? ¡Escríbenos tu respuesta!
Cuando la luz incide en un cuerpo opaco, el fenómeno que ocurre es la absorción y reflexión de la luz, en lugar de su transmisión. Los objetos opacos bloquean por completo la luz incidente y no permiten que pase a través de ellos. En su lugar, la luz es absorbida por la superficie del objeto y luego se emite nuevamente en múltiples direcciones, lo que da lugar a la reflexión.
La cantidad de luz absorbida y reflejada por un objeto opaco depende de su color y textura. Los colores oscuros tienden a absorber más luz que los colores claros, y las superficies rugosas o ásperas pueden dispersar la luz en muchas direcciones diferentes, lo que puede hacer que un objeto opaco parezca menos brillante y más mate.
Cuando la luz incide en un objeto opaco, los rayos de luz se reflejan en diferentes ángulos, lo que nos permite percibir el objeto mediante la luz que llega a nuestros ojos. Esta reflexión es lo que nos permite ver la forma y los detalles de los objetos opacos. La luz que no es reflejada se absorbe y se convierte en calor.
En conclusión, en el caso de los objetos opacos, la luz se bloquea y no se transmite a través de ellos. En su lugar, la luz se absorbe y refleja, lo que nos permite ver y percibir el objeto debido a la luz reflejada en nuestra dirección.
Un cuerpo opaco generando sombra al ser iluminado.
Las leyes de Newton son, quizás, las más reconocidas en mundo de la Física, en especial, en el de la física clásica. Su antigüedad no hace más que sorprendernos al poder explicar movimientos macroscópicos de la vida cotidiana y así permitirnos dar un paso adelante en la compresión de nuestro universo.
Leyes de Newton
Primera Ley de Newton: EL PRINCIPIO DE INERCIA.
“Todo cuerpo tiende a mantener su movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza lo detenga o acelere“. Esto significa que si un objeto (sin rozamiento ni con el piso, ni con el aire ni ningún otro sistema material) se está moviendo con velocidad constante permanecerá así eternamente, a menos que alguna fuerza sea capaz de cambiar esa velocidad, ya sea deteniéndolo o acelerándolo. Por el mismo motivo, si un cuerpo está quieto (velocidad igual a cero), entonces se mantendrá inmóvil al menos que una fuerza lo saque de ese estado.
Veamos algunos ejemplos:
En el espacio, como no hay aire ni hay un piso, los cometas y asteroides pueden continuar su movimiento rectilíneo si no se encuentran bajo los efectos gravitacionales de algún astro cercano, como el Sol o un planeta. Continuarán así eternamente, hasta que una fuerza cambie su velocidad. Para alumnos avanzados: cambiar el vector velocidad no necesariamente significa cambiar la intensidad, sino que también puede cambiar la dirección, como puede suceder en presencia de una aceleración radial.
Si arrojo una bola por el suelo, las fuerzas de rozamiento lo irán deteniendo, es decir, la bola seguiría eternamente con velocidad constante, pero la presencia de una fuerza la detuvo. Si el piso fuese de hielo, la fuerza de rozamiento sería menor y, por lo tanto, la bola alcanzaría mayor distancia.
Segunda ley de Newton: EL PRINCIPIO DE MASA
La segunda ley nos afirma que la fuerza es el producto de la masa por la aceleración, en otras palabras, la masa y la aceleración son inversamente proporcionales. ¿Qué significa esto? A mayor masa, menor aceleración cuando se le imprime una fuerza; por el contrario, a menor masa, mayor será la aceleración producida por esa fuerza. Una forma sencilla de expresar lo enunciado en el párrafo anterior es la ecuación:
Para explicar esta ley, imaginemos que un mosquito golpea contra un autobús en movimiento. La masa del autobús es mucho mayor a la del mosquito, por lo que el mosquito sufrirá una desaceleración de mayor magnitud que la sufrida por el autobús, que prácticamente no ve afectado su movimiento. Otro ejemplo, un poco más cuantitativo, puede observarse en un ejemplo práctico de la ecuación presentada más arriba.
¿Cuál será la aceleración producida por una fuerza de 24 N cuando se aplica sobre un cuerpo de 3 kg?
De la ecuación dada, podemos despejar la aceleración. Teniendo en cuenta (para este ejemplo) los módulos de la fuerza y la aceleración, nos queda:
Tercera ley de Newton: PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN
Esta es, quizás la ley menos intuitiva. Nos expresa que “Al aplicar una fuerza sobre un objeto, éste nos devuelve la misma fuerza pero en sentido contrario”. ¡¿Qué?! Veamos.
Imagínate que te pones patines en tus pies y, luego, haces fuerza sobre una pared. Sentirás que una fuerza te tira hacia atrás, haciendo que probablemente te caigas. Éste es un hermoso ejemplo de la tercera ley de Newton. Puedes notar también una reacción al disparar un arma, como una escopeta: éste te tira levemente hacia atrás.
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En este artículo hablaremos sobre conducción, convección y radiación, las tres formas en las que la energía puede transferirse.
Ejemplos de transferencia de energía
Seguramente, ya sabes que el calor es transferencia de energía. El problema que se puede presentar ahora es saber cómo ocurre esa transferencia de energía. ¿Existen varias formas? ¿Hay una sola forma de transferir energía de un cuerpo a otro? Para responder estas preguntas, analicemos las siguientes situaciones:
Un chico coloca una sartén sobre la hornalla prendida de su cocina, con la intención de sofritar las cebollas que necesita para su salsa. Al tocar sin querer una parte de la sartén que no estaba en contacto directo con el fuego, el chico se quema causándole una dolorosa ampolla.
Una adolescente escucha su música preferida subiendo el volumen de su radio mientras envía un mensaje por Whatsapp.
Algunos animales utilizan las corrientes oceánicas generadas por las diferencias de temperatura en el agua para migrar desde un punto hasta otro, situado a cientos de kilómetros.
Estos tres casos presentan diferentes cambios que involucran energía. En los tres, existe una transferencia de energía que ocurre de formas muy diferentes. ¿Cuáles son estas formas? Es sencillo analizar profundamente los tres casos si estudiamos cuáles son las maneras de transferir de energía:
Formas de transferencia de energía:
Conducción
Es una manera en la que se transmite la energía en medios sólidos. Esto ocurre porque la energía se va transmitiendo directamente entre átomo y átomo debido a las vibraciones de estos.
Expliquemos mejor la situación. Imaginemos un cuchillo que se encuentra expuesto al fuego. Llamaremos “Zona A” a la zona que se encuentra en contacto directo con la llama, mientras que la “Zona B” no está en contacto directo. Podemos asegurar que, al cabo de un tiempo, la zona B estará tan caliente como la zona A.
Para explicar esto, hagamos un “zoom” al cuchillo. Si fuésemos capaces de ver los átomos del cuchillo, veríamos que está compuesto por millones de átomos ordenados uno al lado del otro. Cuando se calienta el grupo de átomos de la zona A (en contacto directo con el fuego), éste comienza a vibrar, afectando al grupo de átomos que se encuentra inmediatamente después, haciendo que comience a vibrar al transferirle su energía.
Este segundo grupo de átomo hará lo mismo con el que se encuentre al lado y así sucesivamente. Al cabo de un tiempo, todos los átomos se encontrarán vibrando y habrán levantado la temperatura de todo el cuchillo, transfiriendo así la energía desde los átomos de la zona A hasta la zona B.
Si bien la conducción ocurre en todos los materiales (es decir, necesita de un medio para transferirse la energía de un punto a otro), ocurre con gran eficacia en los sólidos, especialmente en aquellos que sean buenos conductores del calor por poseer electrones libres, como los metales. Es por ello que las planchas, las sartenes, ollas y muchos instrumentos de cocina se realizan con metales, para favorecer la cocción del alimento.
Convección
Las corrientes océanicas son producto de la convección, al igual que el viento en la atmósfera, que produce las olas.
Ocurre solamente en fluido; es decir, se presenta en líquidos y gases. Podría definirse como una transferencia de energía que se da entre zonas a diferentes temperaturas. Por ejemplo, observemos la figura 1. Los sucesivos desplazamientos de materia desde zonas más frías a zonas más calientes (y viceversa) del fluido, por exposición a una fuente de energía (como el fuego), crean corrientes convectivas. En la atmósfera, las corrientes convectivas forman los vientos; en los océanos, forman las corrientes oceánicas, como la de El Niño o la Corriente Occidental Australiana (una muy popular película de Disney-Pixar hablar sobre ella).
Corrientes convectivas.
Radiación
Es una transferencia de energía que no necesita de ningún medio para que ocurra. Esto significa que la energía podrá transmitirse tanto en sólidos y fluidos como en el vacío, tal como sucede en el espacio interplanetario. Analicemos mejor la situación.
La radiación permite que la energía de las estrellas como el Sol llegue a todos los cuerpos que se encuentran a su alrededor.
Una fuente de radiación como el Sol libera grandes cantidades de energía (como la térmica o la lumínica) que nos llega a la Tierra haciendo posible la vida. Si bien en la atmósfera es una masa gaseosa de aire y la energía solar la atraviesa permitiendo la fotosíntesis, en el espacio no hay aire o algún medio material. Aun así, la transferencia de energía es posible.
Esto sucede con todos los tipos de radiación que existen debido a que la transferencia de energía se realiza mediante ondas electromagnéticas. Te recomendamos leer el artículo sobre radiación para comprender mejor este tipo de transferencia de energía. La energía radiante que nos permite escuchar la radio todas las mañanas o ver televisión se transmite por este medio.
Actividades
En base a la información de este artículo, explica los ejemplos del principio de la nota de acuerdo a si son casos que presentan convección, conducción o radiación.
Los colores encantan a todos. Los bellos colores que vemos en un paisaje primaveral, con rosas de múltiples colores (no sólo rosadas), o en un paisaje otoñal (donde las hojas de los árboles exponen los amarillentos pigmentos que presentan, debidos a la xantofila y los carotenos), exponen la maravilla de la luz, un tipo de energía que se transmite en forma de ondas electromagnéticas[note]Hoy en día se acepta la dualidad onda-partícula, según la cual la luz se comporta como ondas o como partículas, dependiendo la experiencia tratada.[/note].
La luz blanca está compuesta por todos los colores del arcoiris y esto puede ser demostrado fácilmente haciendo pasar un haz de luz blanca por un prisma, como lo hizo Isaac Newton durante sus estudios sobre óptica. Es éste, justamente, el principio por el cual se forman los arcoiris: las pequeñas gotas de agua actúan como prisma que separa la luz blanca del sol en los siete colores del arcoiris, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, brindándonos un espectáculo único.
Los siete colores del arcoiris, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta
Ahora bien, volvamos a la imagen de nuestro paisaje primaveral. ¿A qué se debe que algunos objetos se vean del color que son? ¿Pueden ser vistos de otros colores sin cambiar ninguna propiedad del objeto? Para responder estas preguntas, tengamos en cuenta lo dicho anteriormente: la luz blanca está formada por todos los colores del arcoiris.
Por otro lado, también tengamos en cuenta que cada color representa una longitud de onda diferente para el espectro visible. ¿Longitud de onda? ¿Espectro visible? ¿Qué es todo eso? Si estas palabras no te suenan, te sugerimos echarle una vista a las características de las ondas electromagnéticas haciendo click aquí.
Refracción de la luz.
Continuemos con la idea. Cuando un frente de ondas de luz blanca incide sobre un objeto que es, por ejemplo, de color verde, ese objeto absorbe todas las longitudes de onda que componían a la luz blanca, menos las longitudes de onda que correspondan al color verde.
En otras palabras, los colores “rebotan” en el objeto, exceptuando el color del que se ve. Así, si un objeto se ve azul, será porque éste absorbe todas las longitudes de onda correspondientes a los otros colores, menos el azul. Al reflejar las longitudes de onda correspondientes al azul (las cuales llegarán a nuestros ojos), el objeto se ve azul.
El caso particular de los objetos blancos y negros.
¿Qué sucede con un objeto que es blanco o que es negro? Un objeto blanco refleja toda la energía radiante que incide sobre él. Es por ello que la ropa blanca es la más apropiada para usar en verano, pues al reflejar la energía proveniente del Sol, se evita insolaciones y que la persona se acalore fácilmente.
Por otro lado, un objeto negro absorbe todas las longitudes de onda. Es por ello que, durante el invierno, la ropa tiende a ser oscura, pues así la persona retiene la mayor cantidad de energía proveniente del Sol, tan importante durante un tiempo frío.
Actividad
En base a esta información, te proponemos una pregunta, que puedes respondernos en los comentarios:
Una lata de gaseosa de una marca “X” es negra. La empresa libera al público una versión dietética de la gaseosa, llamada “X Light”, cuya lata es blanca. Tú decides poner a prueba sus sabores (para ver si realmente son iguales, como tanto publicitan) tomándolas bien frías en un mediodía de verano. Antes de tomarlas, te llaman por teléfono y dejas tus latas al sol por no más de tres minutos. ¿Cuál de las dos versiones de gaseosa piensas que ha subido su temperatura a mayor velocidad? Justifícalo en base a lo visto en este artículo.
Cuando un cuerpo emite energía continuamente, estamos en presencia de lo que llamamos radiación. Esta energía, llamada energía radiante, es transportada por el espacio mediante ondas electromagnéticas. Todos los cuerpos emiten radiación, según sea la temperatura a la que se encuentran. Muchas veces, podemos ver esa radiación (pues se emite en el espectro visible), tal como sucede con la luz visible proveniente del Sol. Pero otras veces, esa radiación es invisible a nuestros ojos, como la radiación infrarroja o la luz ultravioleta. Algunos animales, como las serpientes o las abejas, pueden percibir esas radiaciones.
Muchos cuerpos que no son cuerpos luminosos (es decir, que emiten luz en el espectro visible) pueden emitir luz visible cuando son calentados a altísimas temperaturas. Por ejemplo, si se calienta un trozo de hierro, éste comienza a emitir luz y el color de esa luz cambia dependiendo de la temperatura. Otro ejemplo de la vida cotidiana lo vemos cuando se hace un asado: el carbón que se encuentra a muy altas temperaturas “brilla” en la oscuridad emitiendo luz anaranjada. Los cuerpos que absorben energía aumentan su temperatura, mientras que los que emiten radiación (en otras palabras, emanan energía), bajan su temperatura.
Las características de la RADIACIÓN
Es hora de caracterizar la radiación como transferencia de energía mediante ondas electromagnéticas. La radiación puede:
Transmitirse: puede pasar de un medio a otro. Por ejemplo, la luz solar puede atravesar el vacío del espacio e ingresar en la atmósfera terrestre, compuesta de múltiples gases. Cuando se pasa de un medio a otro, la velocidad de las ondas electromagnéticas que transfieren la energía radiante se modifica, fenómeno que recibe el nombre de refracción.
Absorberse: como dijimos anteriormente, al absorberse la radiación, el cuerpo que lo absorbe modifica su temperatura.
Dispersarse: la radiación modifica sus características al ser devuelta o desviada (separándose, muchas veces, en las diferentes frecuencias que la componen). Ocurre cuando la radiación visible interactúa con una partícula, lo que, por ejemplo, permite que veamos colores en el cielo.
Reflejarse: ocurre cuando la radiación vuelve al medio del cual procede, cambiando sólo su dirección. Por ejemplo, en un espejo “rebotan” las ondas electromagnéticas provenientes de la lámpara que ilumina un baño, sólo cambiando la dirección del frente de ondas.
La principal fuente de radiación de la Tierra es el Sol, que emite energía en muchísimos tipos de radiación del espectro electromagnético, no sólo en el espectro visible. Algunos tipos de radiación (como el espectro visible) es inofensivo para nosotros, pero otros pueden ser muy peligrosos, como la luz ultravioleta que proviene de nuestra estrella. Seguramente te estarás preguntando qué es eso de “espectro electromagnético”. Bueno, analicemos un poco más el tema.
El Espectro Electromagnético
Quizás te parezca extraño el nombre, quizás ya lo habías escuchado antes. El espectro de radiación electromagnética abarca todas las longitudes de onda y frecuencias con las que se propaga la energía a través del espacio. Habíamos dicho que las ondas electromagnéticas no necesitan de ningún medio para transmitirse. Las distintas ondas electromagnéticas generan un espectro que abarca las diferentes longitudes de onda. Éstas son las siguientes:
Rayos Gamma: sus longitudes de onda son las más cortas. Son muy perjudiciales para salud aunque en medicina se los utiliza para detener el cáncer, pues su agresividad frente a las células puede detener la reproducción de tumores.
Rayos X: Poseen una frecuencia entre 1016 Hz y 1019 Hz, originados por el choque de electrones contra cuerpos sólidos que no poseen carga eléctrica. Son importantes en la práctica médica de diagnóstico por imágenes, aunque la exposición de un organismo a estos rayos durante mucho tiempo puede ser fatal.
Rayos ultravioleta (UV): En la naturaleza, son producidas por el Sol y su acción es perjudicial para la vida, por lo que es tan importante la acción filtradora de la capa de Ozono en la atmósfera.
Luz visible: Poseen una longitud de onda entre 400 nanómetros y 680 nanómetros, que pueden ser captados por el ojo humano. Cuando la luz del Sol pasa por un prisma, se descompone en 7 colores (los del arcoiris). Esto demuestra que la luz blanca es, en realidad, la composición de todos ellos. Cada color presenta una longitud de onda diferente.
Rayos infrarrojos: Sus longitudes de onda abarcan desde unos 0,001 mm hasta 1 mm. Generados por todos los cuerpos que liberan calor, son capaces de ser detectados por sensores como células fotoeléctricas. Son invisibles al ojo humano y se produce por el movimiento de las moléculas de los cuerpos.
Microondas: Presentan una frecuencia de alrededor de 1011 Hz y una longitud de onda de alrededor de 1 cm. Se utilizan para la comunicación de radares y satélites y en la cocción de alimentos en un horno de microondas.
Ondas de Radio: Sus longitudes de onda van desde los 10 cm hasta los 10.000 m y una frecuencia desde los 10.000 Hz a 100 mil millones de Hz. Altamente utilizados en telecomunicaciones, permite que, de forma instantánea, se envíen y reciban mensajes de un punto a otro del planeta.
En este artículo de Ensamble de Ideas, estudiaremos las ondas en física. Como sabemos, una onda es una perturbación del espacio. En toda onda, podemos hallar diferentes características que las diferencian: valles, crestas, longitudes de onda, frecuencia, período y amplitud.
Modelo de una onda en física.
Para entender correctamente qué es una onda, debemos entonces analizar cada uno de sus componentes (expuestas en color violeta en el párrafo anterior). Para ello, requerimos definir, primero, el concepto de ciclo. En física, un ciclo es cada patrón repetitivo de una onda. Es el recorrido, que consiste en ir desde una posición extrema a la otra y volver a la primera, pasando dos veces por la posición central.
Sabiendo eso, analicemos una por una las características mencionadas al principio:
Característica
Definición
Valle
En física, un valle es la posición más baja de una onda. Es contrario a la cresta, que es la posición más alta de una onda.
Cresta
En física, una cresta es la posición más alta de una onda. Es el punto de máxima amplitud o máxima elongación de una onda. Es contraria a un valle, que es la posición más baja de una onda.
Longitud de onda
En física, la longitud de onda (denotada usualmente con la letra griega λ), es la distancia entre puntos idénticos sucesivos de una onda, como la distancia entre un valle y el valle siguiente o la distancia entre una cresta y la cresta siguiente. La unidad de la longitud de onda, al ser justamente una distancia, es el metro (con sus múltiplos y submúltiplos). Matemáticamente, se define la longitud de onda como λ=v/f , donde v es la velocidad de la onda y f es la frecuencia. Dado que f=1/T , siendo T el período de la onda, se puede definir también a λ como λ=v⋅T
Período
En física, un período es el tiempo que tarda una onda en completar un ciclo. Matemáticamente, el período se define como: T=1/f, donde T es el período y f es la frecuencia de la onda. La unidad del período en el Sistema Internacional es el segundo.
Frecuencia
En física, la frecuencia de una onda es el número de ciclos que completa la onda en un intervalo de tiempo. Si este intervalo de tiempo es un segundo, la unidad de frecuencia es el Hertz (Hz). Matemáticamente, la frecuencia está relacionada con el período según: f=1/T donde T es el período y f es la frecuencia de la onda.
Amplitud
En física, la amplitud de una onda es la medida de la magnitud de la máxima perturbación del medio producida por la onda.
Es hora de analizar las ondas con un poco más de atención. Por ello, es importante que sepamos cómo clasificarlas de acuerdo a sus características.
La clasificación de las ondas en la física.
Se puede clasificarlas según el sentido de la oscilación y la necesidad de un medio para propagarse:
SEGÚN EL SENTIDO DE LA OSCILACIÓN
Aquí encontramos dos tipos diferente de ondas:
Las ondas longitudinales: Si las partículas que oscilan lo hacen en la misma dirección en la cual se transmite la onda.
Algunos ejemplos de ondas longitudinales son:
Ondas sonoras: Cuando hablas o cuando un altavoz emite sonido, las partículas de aire vibran hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección que la onda de sonido viaja.
Ondas de compresión en un resorte: Si tiras de un extremo de un resorte y lo sueltas, las ondas de compresión viajan a lo largo del resorte mientras las bobinas se comprimen y se expanden en la misma dirección en la que viaja la onda.
Ondas sísmicas P: Estas son ondas que se propagan a través del interior de la Tierra en caso de terremotos. Las partículas del suelo vibran en la misma dirección en la que viaja la onda.
Ondas en líquidos y gases: Cuando lanzas una piedra a un estanque, se generan ondas que se propagan hacia afuera desde el punto de impacto. Las partículas del agua se mueven hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección que las ondas se desplazan.
Estos ejemplos muestran cómo las ondas longitudinales involucran movimientos de partículas en la misma dirección que la propagación de la onda.
Las ondas transversales: Si las partículas que oscilan lo hacen en forma perpendicular a la dirección en que se desplaza la onda. Ejemplos de éstas son las ondas causadas por un corcho que se arroja en un estanque: las partículas del agua comienzan a oscilar alrededor de su posición de equilibrio y transmiten la perturbación a las partículas vecinas, que comienzan a oscilar. La onda, por su parte, adopta un movimiento perpendicular al de las partículas del agua.
Ondas en una cuerda tensa: Si agitas un extremo de una cuerda tensa, las ondas se propagan a lo largo de la cuerda, mientras que las partículas de la cuerda oscilan verticalmente (perpendicularmente a la dirección de propagación).
Ondas electromagnéticas: La luz visible, las ondas de radio, las microondas y otras formas de radiación electromagnética viajan en forma de ondas transversales. En este caso, los campos eléctricos y magnéticos oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda.
Ondas en la superficie del agua: Cuando lanzas una piedra en un estanque, se generan ondas en la superficie del agua. Las partículas de agua se mueven hacia arriba y hacia abajo, perpendicularmente a la dirección de propagación de las ondas.
SEGÚN LA NECESIDAD DE UN MEDIO PARA PROPAGARSE
No todas las ondas pueden transmitirse en los diferentes medios, tales como un sólido, un fluido o, incluso, el vacío. De esta forma, clasificamos las ondas en:
Ondas mecánicas: tal como las ondas sonoras, este tipo de ondas necesita sí o sí de un medio en el cual transmitirse, ya sea sólido o un fluido, como el líquido o el gas. Esto explica por qué, en el espacio, el sonido no se escucha (pues no hay un medio material que lo transmita). ¡Oh, Star Wars, nos has mentido todo este tiempo!
Algunos ejemplos de ondas mecánicas son:
Ondas de sonido en el aire: Cuando hablas, la vibración de tus cuerdas vocales crea ondas de presión en el aire. Estas ondas viajan como compresiones y expansiones sucesivas en la misma dirección en la que se propagan, lo que constituye una onda longitudinal.
Ondas sísmicas S: Durante un terremoto, las ondas sísmicas S viajan a través de la Tierra. Estas ondas de corte hacen que las partículas del suelo se muevan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Ondas en una cuerda tensa: Al tocar una cuerda de guitarra, se generan ondas mecánicas transversales. Las partículas de la cuerda se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, creando patrones de crestas y valles.
Ondas en un resorte: Si sujetas un extremo de un resorte y lo agitas, se propagarán ondas a lo largo de él. Las partículas del resorte se moverán perpendicularmente a la dirección en que viajan las ondas, comprimiendo y expandiendo el resorte.
Ondas en la superficie del agua: Cuando arrojas una piedra en un estanque, se forman ondas que viajan a través del agua. Las partículas de agua se mueven hacia arriba y hacia abajo, perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Anímate a escribir en comentarios cuáles de las ondas anteriores corresponden a longitudinales y cuáles a transversales.
Ondas electromagnéticas: tal como la luz, este tipo de ondas no necesita obligatoriamente de algún medio para transmitirse. Puede hacerlo tanto en el vacío, como en un líquido, sólido o en un gas. Te recomendamos leer el artículo sobre las diferentes ondas electromagnéticas que existen en la naturaleza para saber más sobre este tema.
Si bien puedes ver todos los tipos de ondas del espectro electromagnético en nuestro link específico, te dejamos algunos ejemplos de ondas electromagnéticas:
Luz visible: La luz que vemos todos los días es un ejemplo de onda electromagnética. Las ondas de luz viajan a través del vacío del espacio y también pueden propagarse a través del aire u otros medios transparentes. En una onda de luz, los campos eléctrico y magnético oscilan perpendicularmente entre sí y a la dirección de propagación de la onda.
Ondas de radio: Las ondas de radio, utilizadas para transmitir señales de radio y televisión, también son ondas electromagnéticas. Estas ondas pueden viajar a través del espacio, la atmósfera terrestre y otros materiales no metálicos.
Microondas: Utilizadas en comunicaciones inalámbricas, radar y cocinas de microondas, las microondas también son un tipo de onda electromagnética. Se utilizan en una variedad de aplicaciones debido a su capacidad para penetrar en materiales no metálicos y transmitirse a través de la atmósfera terrestre.
Rayos X: Los rayos X, utilizados en medicina para la radiografía y en diversas aplicaciones industriales, también son ondas electromagnéticas. Tienen longitudes de onda más cortas y energías más altas que la luz visible y pueden penetrar en la materia con mayor facilidad.
NTICx en la escuela
En el applet “Introducción a Ondas” del PhET Colorado, disponible en https://phet.colorado.edu/sims/html/waves-intro/latest/waves-intro_es.html, podrán trabajar y estudiar las ondas de una manera didáctica y dinámica. Modifiquen las amplitudes y frecuencias de las diferentes ondas de sonido, ondas de luz y ondas en el agua para afianzar los conceptos. Jueguen, descubran y creen sus propias actividades. ¿Se animan a contarnos qué sucedió?
Los cambios físicos son aquellos cambios que no modifican la naturaleza de la sustancia, es decir, las sustancias involucradas son las mismas antes y después del fenómeno. Los cambios químicos, por otro lado, son aquellos cambios en los que se modifica la naturaleza de la sustancia.
En este artículo, veremos qué son los cambios físicos y los cambios químicos. Caracterizaremos y daremos ejemplos de cada uno. ¡Adéntrate con nosotros a conocer sus diferencias!
Los fenómenos en la naturaleza
¿Qué significa todo esto? ¿Por qué es tan importante diferenciar correctamente ambos tipos ? ¿Conocés transformaciones que ocurran frecuentemente a tu alrededor? Para introducirnos en el tema, veamos la siguiente imagen:
En la naturaleza.
Ahora imaginemos que pasan unos minutos y volvemos a sacar una fotografía desde el mismo lugar, sin haber movido la cámara. ¿Veremos exactamente lo mismo? No. Posiblemente veremos que: las flores, por acción del viento, estarán en diferentes lugares con respecto a la fotografía original. Algún insecto podría estar volando por encima de ellas. Además, ¿quién dice que, quizás, un grupo de amigos no podrían estar jugando por el fondo del paisaje?
Todo lo dicho anteriormente son cambios. Algunos, son rápidos y fácilmente visibles. Otros, pueden ser lentos o invisible a nuestros ojos. Pero eso invisible es esencial para nuestra existencia (aquí El Principito nos daría la razón). Por ejemplo, el pasto que vemos en la imagen sufre múltiples transformaciones en su interior que permiten que, a partir de dióxido de carbono, obtengan oxígeno que se libera al ambiente y permite que vivamos oxigenados. ¡Es incontable la cantidad de fenómenos que ocurren en la naturaleza! En todos los tipos de cambio que existen, está involucrada ni más ni menos que la energía. Sin energía, no hay cambios. Pero de ello nos encargaremos en otros artículos. ¡Te invitamos a verlo pinchando aquí!
Debido a la infinidad de cambios que existen, su estudio es tan importante, pero la gran cantidad de ellos hace que sea necesario clasificarlos.
Los TIPOS DE CAMBIOS en la naturaleza
Los cambios físicos
De acuerdo a la definición presentada en los primeros párrafos de este artículo, en un cambio físico las sustancias involucradas son las mismas antes y después de dicho cambio. Como ejemplo, tenemos a los cambios de estado. Durante la solidifación, el agua líquida se congela y se torna sólida. Ocurrió un cambio evidente, que cambio totalmente las propiedades organolépticas de la materia. Sin embargo, el agua sigue siendo agua, pues la sustancia no cambió. Todos los cambios de estado -como la fusión, la condensación, la sublimación o la evaporación- son físicos. Otros ejemplos de cambios de estado ocurren cuando un cuerpo es cambiado de un lugar a otro o bien cuando se parte un cuerpo en múltiples pedazos.
Cortar una pizza en porciones es un cambio físico: no cambia la naturaleza de las sustancias que la componen.
Los cambios químicos
Por su parte, de acuerdo a la definición presentada, en un cambio químico las sustancias involucradas no son las mismas antes y después del fenómeno. Los cambios químicos ocurren mediantereacciones químicas, que pueden ser modelizadas mediante ecuaciones químicas. Como todo cambio, involucran energía para que suceden. Muchos cambios químicos absorben energía, mientras que otros liberan energía. Es por ello que las reacciones químicas pueden ser clasificadas en reacciones exotérmicas (si liberan energía) o reacciones endotérmicas (si absorben energía). En conclusión, todas las reacciones químicas son cambios químicos. Por ejemplo, la fotosíntesis es un cambio químico, pues se obtiene O2 y glucosa a partir de CO2 y H2O en presencia de luz solar en los cloroplastos de las plantas.
La combustión de un fósforo (o cerilla) es un cambio químico, como todas las combustiones.
Muchas veces, los movimientos rectilíneos uniformes y uniformemente variados se combinan en un solo fenómeno que deben ser estudiados por tramos. Por ejemplo, cuando una persona se sube a un ómnibus o colectivo, éste comienza a moverse desde el reposo (es decir, presenta una velocidad inicial nula) y, luego de acelerar por unos segundos, comienza a transitar con velocidad constante hasta que se deba detener. La detención se produce con desaceleración constante.
Otro caso podría ser el de un móvil que avanza con velocidad constante hasta alcanzar un valor máximo. Luego, desciende bruscamente su velocidad hasta detenerse.
En forma gráfica, lo que estaría sucediendo en ambos ejemplos sería algo parecido a lo siguiente:
Fig 1: Gráfico de movimiento de varios tramos.
En estos casos, debemos estudiar nuestros movimientos en varios “tramos” o segmentos.
Análisis teórico de movimientos de varios tramos.
Es útil, con un lápiz, separar cada tramo desde el gráfico original. Nos quedarán los siguientes tramos para el caso del móvil del gráfico presentado antes.
Fig 2: Gráfico de movimiento de varios tramos, separado por tramos.
El primer tramo debe ser estudiado de acuerdo con las fórmulas del MRUV(existe aceleración constante). En nuestro caso, este primer tramo va desde t=0s hasta t=1s.
El segundo tramo debe ser estudiado de acuerdo con las fórmulas del MRU (existe velocidad constante, aceleración nula). Algunas aclaraciones a tener en cuenta son que, en primer lugar, la posición inicial de las ecuaciones de este tramo es igual a la posición final de las ecuaciones del primer tramo. Lo mismo sucede con el tiempo: el tiempo inicial de las ecuaciones de este tramo es igual al tiempo final de las ecuaciones del primer tramo. Para nuestro ejemplo del móvil, el tiempo inicial es t=1s y finaliza en t=3s.
El tercer tramo (en el que el móvil se va deteniendo) debe ser estudiado con las fórmulas del MRUV (existe aceleración constante, de carácter negativo, pues el móvil se está parando). Nuevamente, la posición inicial de las ecuaciones de este tramo es igual a la posición final de las ecuaciones del segundo tramo. Lo mismo sucede con el tiempo: el tiempo inicial de las ecuaciones de este tramo es igual al tiempo final de las ecuaciones del segundo tramo. Para nuestro ejemplo del móvil, el tiempo inicial es t=3s y finaliza en t=4s.
Vemos que existe, en el gráfico, un cuarto tramo cuya velocidad es 0m/s. El tiempo inicial de las ecuaciones de este tramo es igual al tiempo final de las ecuaciones del tercer tramo. Asimismo, la posición inicial de las ecuaciones de este tramo es igual a la posición final de las ecuaciones del tercer tramo. Como puedes observar, como la velocidad es 0 m/s, no hay avance de posición este tramo.
Análisis práctico de movimientos de varios tramos.
Analicemos ahora qué pasa en cada tramo por separado, en términos de velocidad, posición y aceleración.
Cálculo de posición en cada tramo de un movimiento de varios tramos.
TramoI
Para el tramo I, comenzamos con x=0m, ¿pero en qué posición finaliza? Podemos averiguarlo aplicando un Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado.
Como es un MRUV, las fórmulas originales nos decían que:
Aquí nos surge un problema, ¿qué colocamos en “a“? ¿Cuál es la aceleración del sistema? Debemos recurrir a la Ec. 2 para poder hallarla y, luego, reemplazarlo en nuestra Ec 1:
Esto significa que nuestro móvil ha recorrido 2,50 m en el lapso de 1s.
Tramo II
Por otro lado, es hora de analizar el tramo II, pero teniendo en cuenta que la posición inicial ya no será 0m sino 2,5m, es decir, la posición final del tramo I. Asimismo, el tiempo inicial será de 1 segundo, pues es el tiempo inicial del primer tramo.
Aplicando las ecuaciones del MRU, ya que hay velocidad constante, tenemos:
\( x_f=x_i+v\cdot (t_f-t_i)\)
\( x_f=2,50m+5m/s\cdot (3s-1s)\)
Observemos que el tiempo final es 3s (este dato lo obtenemos del gráfico) y el inicial es 1s.
\( x_f=12,5m\)
Si la posición final fue de 12,5m, significa que ha recorrido unos \( \Delta x=x_{f_2}-x_{f_1}=12,5 m – 2,50m=10m\) durante el tramo II (hemos calculado la diferencia entre la posición final del tramo II y la del tramo I). Esto se conoce como distancia recorrida y es un término del cual hablaremos más adelante.
Tramo III
Hagamos lo mismo que lo anterior para el tramo III.
Como es un MRUV, calculamos la aceleración usando los datos proporcionados por el gráfico y, con eso hallado, calculamos la posición final.
¿Te animas a calcular cuánto fue la distancia recorrida en el tramo III?
Tramo IV
Durante el tramo IV, no es necesario realizar cálculos porque vemos que la velocidad se mantuvo constante en 0m/s. Esto significa que el móvil no avanzó ni retrocedió entre los 5s y los 7s.
Finalmente, podemos dejar en claro que la posición final del móvil fue de 15m respecto del origen.
Cálculo de distancia recorrida por el móvil en un movimiento de varios tramos.
Existen varios métodos con los que podemos hallar distancias recorridas. Probaremos dos de ellas.
El método analítico consiste en sumar las distancias recorridas en cada tramo mediante el cálculo de las posiciones finales e iniciales de cada tramo. En particular, esto ya lo hemos hecho arriba en el ejemplo del móvil. Sólo basta poner sobre la mesa toda la información con la que contamos y, luego, sumar por tramo.
Para el tramo I:
La posición final fue de 2,50m y la inicial fue de 0m. Luego, \( \Delta x=x_f-x_i=2,50 m – 0 m = 2,50 m \)
Para el tramo II:
La posición final fue de 12,5 m y la inicial fue de 2,50m. Luego, \( \Delta x=x_f-x_i=12,5 m – 2,50 m = 10m \)
Para el tramo III:
La posición final fue de 15 m y la inicial fue de 12,5 m. Luego, \(\Delta x=x_f-x_i=15 m – 12,5 m = 2,50m \)
Para el tramo IV:
La posición final fue de 15m y la inicial también fue de 15m (no hubo cambio de posición) Luego, \( \Delta x=x_f-x_i=15 m – 15 m = 0m \)
Ahora, contamos con los siguientes datos:
Distancia recorrida en primer tramo: 2,50m Distancia recorrida en segundo tramo: 10m Distancia recorrida en tercer tramo: 2,50m Distancia recorrida en cuarto tramo: 0m
Sólo es necesario sumar todos los datos:
Distancia recorrida total: \( \Delta x = 2,50 m + 10 m + 2,50 m + 0 m =15 m.\)
No es casualidad que nos haya dado igual que la posición final del recorrido, mas esto no tiene por qué ser siempre así, pues puede suceder que, en alguna parte del proceso, nuestro móvil retroceda. Este, como vemos en el gráfico al no notar velocidades negativas, no es el caso.
Cálculo de desplazamiento del móvil en un movimiento de varios tramos.
El método gráfico es mucho más sencillo y rápido. La idea es calcular las áreas o superficies de cada tramo directamente viendo el gráfico de la Fig. 2. Vemos que se forman figuras geométricas sencillas de analizar, tales como triángulos, rectángulos o cuadrados.
Tramo I
Para el tramo I, nos queda un triángulo como vemos en la figura 3. Si obtenemos el área de ese triángulo, obtenemos la distancia recorrida por el móvil.
Figura 3. Tramo I.
Obtengamos el área de dicho tramo. Como sabemos, el área de un triángulo es \( A=\frac{b\cdot h}{2} \) En nuestra notación, A es el área; B, la base del triángulo y h es la altura del triángulo. La base corresponderá a la diferencia entre tiempo final y tiempo inicial para ese tramo. La altura corresponde a la diferencia entre la velocidad final y la velocidad inicial. Entonces:
Como era de esperarse, coincide con la posición final del primer tramo que ya habíamos calculado antes.
Tramo II:
Debemos obtener el área del rectángulo que observamos en la figura 4:
Figura 4: Tramo II.
El área de un rectángulo es \( A = b \cdot h\). Nuevamente, hemos notado como b a la base y h a la altura. Conociendo esos datos del gráfico, operamos:
\( A = b \cdot h=(3s-1s)\cdot (5\frac{m}{s}-0\frac{m}{s})=2s\cdot 5\frac{m}{s}=10m \)
Significa que en el tramo II ha recorrido 10 metros.
Tramo III:
Debemos obtener el área del rectángulo que observamos en la figura 5:
Figura 5: Tramo III.
A=-2,50m
El área nos da negativo. En el tercer tramo, el movimiento es hacia la izquierda, ya que la velocidad inicial es hacia la derecha y la velocidad final es cero. La distancia recorrida en este tramo es 2,5 metros, pero en dirección opuesta al movimiento en el primer tramo, por lo que el desplazamiento en este tramo debía darnos negativo, tal como nos dio.
Tramo IV:
No es necesario obtener el área de este tramo, pues es evidente que no hubo cambio de posición, ya que la velocidad fue de 0 m/s a lo largo de los dos segundos que duró el tramo.
Por último, sumamos todos los desplazamientos (áreas) de cada tramo:
\( 2,50m+10m+(-2,50m)+0=10m \)
¿Sencillo, verdad?
Gráficos de posición vs. tiempo: x(t)
Observemos el siguiente gráfico de un móvil, en el que observamos cómo evoluciona la posición del mismo a través del tiempo en varios tramos:
Fig. 5. Gráfico de posición en función del tiempo en movimiento de varios tramos.
Si quisiéramos, a grandes rasgos, ver gráficamente cómo se comporta la posición, la velocidad y la aceleración en este movimiento, debemos analizar cada tramo, ya que como presenta varios tramos podemos separarlos tal cual hicimos antes.
En el segundo tramo, la posición forma una función lineal creciente, pues la velocidad es constante.
En el tercer tramo, la posición es una función lineal, nuevamente (por lo que forma una recta decreciente), sólo que la velocidad es negativa.
Si te perdiste en cómo darte cuenta cuándo las velocidades son positivas o negativas, cuándo las aceleraciones son positivas o negativas, etc., te dejamos un pequeño resumen de cómo se interpreta cada gráfico:
Gráficos de velocidad vs. tiempo: v(t)
Fig. 6. Gráfico de velocidad en función del tiempo en movimiento de varios tramos.+[note]Hecho en base a la información de x(t) presentada en la Fig. 5.[/note]
En la Fig. 6, observamos que, para el primer tramo, la velocidad forma una función lineal creciente, pues la aceleración es constante. En el segundo tramo, la velocidad forma una función lineal constante, es decir, el valor de la velocidad se mantiene igual durante el lapso de tiempo. Es positiva, pues nuestro móvil aumentaba su posición conforme pasaba el tiempo, de acuerdo a lo que vemos en la Fig. 5. Por último, en el tercer tramo, la velocidad es una función lineal constante, pero negativa, porque el móvil iba presentando una posición cada vez menor.
Gráficos de aceleración vs. tiempo: v(t)
Fig. 7. Gráfico de aceleración en función del tiempo.[note]Hecho en base a la información de x(t) presentada en la Fig. 5.[/note]
En la Fig. 7, el que corresponde a aceleración en función del tiempo en este movimiento de varios tramos, vemos que, para el primer tramo, la misma forma una función lineal constante y positiva. Esto es así pues el objeto se movía con aceleración constante en un Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV). Recordemos que notamos eso debido a que la función que describía el móvil era cuadrática en el primer tramo de la Fig. 5. En cambio, la aceleración es nula para el segundo tramo (pues es un MRU) y lo mismo para el tercer tramo (también es un MRU).
Ejemplo 2:
Pensemos juntos un segundo ejemplo.
Un móvil parte del reposo con aceleración constante y, a los 10 segundos, continúa el recorrido con velocidad constante. 20 segundos más tarde, el móvil habrá recorrido 375 m desde que inició el movimiento, tal como se muestra en la figura a continuación. A) ¿Cuál es la aceleración que tuvo el móvil al iniciar el movimiento? B) ¿Cuál es la aceleración que tuvo el móvil al finalizar el recorrido? C) ¿A qué distancia del principio el móvil comenzó a tener velocidad constante?
Por el enunciado, podemos asegurar que, durante el primer tramo, el móvil presentó un Movimiento Rectilíneo Uniformente Variado (MRUV) pues la aceleración -que deberemos hallar- es constante. En el segundo tramo, presentó un Movimiento Rectilíneo Uniforme, pues la velocidad es constante. Con sólo esta información, estamos en condiciones de afirmar que:
LA ACELERACIÓN EN EL SEGUNDO TRAMO VALE CERO (pues la velocidad es constante).
Esto contesta la pregunta B. ¿Pero acaso no debemos responder primero la A? No está de más dar un rápido vistazo de la información con la que contábamos sin hacer grandes cuentas y, de acuerdo con el enunciado, ya podíamos afirmar que la aceleración que tuvo el móvil al finalizar el recorrido era nula.
Continuemos con lo más complicado. Para ello, es hora de poner sobre la mesa todas las ecuaciones con las que contamos para cada tramo, que llamaremos tramo I y tramo II.
Tramo I:
Como es un MRUV, las fórmulas originales nos decían que:
Para el tramo II (Quizás sea importante que leas las notas al pie):
\( v =?\) Esta velocidad, que es constante, es la misma que \( v_f\) del tramo I.
\(x_i=?\) Esta posición inicial es la misma que \( x_f\) del tramo I. Esto será muy importante para la resolución de este tipo de ejercicios.
\( x_f=375m\)
\( t_i=10seg\)
\( t_f=30seg\) Hemos colocado que \( t_f=30seg\) pues el enunciado expresa: “Un móvil parte del reposo con aceleración constante y, a los 10 segundos, continúa el recorrido con velocidad constante. 20 segundos más tarde, el móvil habrá recorrido 375 m desde que inició el movimiento”. Por lo resaltado, podemos asegurar que el movimiento total duró 30 segundos.
REEMPLAZO DE DATOS EN EC.1, EC. 2, EC. 3 Y EC. 4:
Con los datos anteriores, reemplacemos en las cuatro diferentes ecuaciones los valores que tenemos:
Como es un MRU, las fórmulas originales nos decía que:
(Ec. 3) \( 375m=x_i+v\cdot (30seg-10seg)\)
(Ec. 4) \( v=\frac{375m-x_i}{30seg-10seg}\)
Realizando las cuentas pertinentes, concluimos que:
Tramo I:
(Ec. 5) \( x_f=\frac{1}{2}\cdot a\cdot(10seg)^2\)
(Ec. 6) \( v_f=a\cdot (10seg)\)
Tramo II:
(Ec. 7) \( 375m=x_i+v\cdot (20seg)\)
(Ec. 8) \( v=\frac{375m-x_i}{20seg}\)
PLANTEO DE LA RESOLUCIÓN
Analicemos teóricamente lo que debemos hacer. En primer lugar, debemos darnos cuenta que la posición final del primer tramo es la posición inicial del segundo tramo. Entonces, tengamos presente la Ec. 5 y la ec. 7. En ellas, justamente nos aparece \( x_f\) del tramo I y \( x_i\) del tramo II. Para poder utilizar correctamente la Ec. 7, debemos primero despejar \( x_i\), según:
(Ec. 9) \( x_i=375m-v\cdot (20seg)\)
Una vez hecho esto, será cuestión de igualar la Ec. 5 y la Ec. 9:
Vemos que es una única ecuación que tiene como incógnita a a y a v. Pero si prestamos atención, vemos que la Ec. 6 nos dice que \( v_f=a\cdot (10seg)\). Esta \(x v_f\) del tramo I es la velocidad que se mantendrá constante en el tramo II, por lo que podemos reemplazar la Ec. 6 en la Ec. 10:
Y así hallamos que la aceleración vale 1,5 m/s2 en el primer tramo.
Actividades con respuesta
Puedes ver las respuestas de cada uno expandiendo la flecha en cada ejercicio.
1. Un coche parte del reposo y comienza a moverse en línea recta con una aceleración constante de 2 m/s² durante 10 segundos. Luego, mantiene una velocidad constante de 20 m/s durante 30 segundos. Finalmente, reduce su velocidad uniformemente hasta detenerse en 10 segundos. Calcula:
a) La velocidad del coche al final de cada tramo. [expand] La velocidad del coche al final de cada tramo es de 20 m/s, 20 m/s y 0 m/s respectivamente. [/expand]
b) La distancia total recorrida por el coche. [expand] La distancia total recorrida por el coche es de 100 m + 600 m + 100 m = 800 m. [/expand]
c) Grafica x(t), v(t) y a(t) para el movimiento completo.
2.
Un ciclista parte del reposo y comienza a pedalear en línea recta con una aceleración constante de 3 m/s² durante 8 segundos. Luego, mantiene una velocidad constante de 15 m/s durante 20 segundos. Finalmente, reduce su velocidad uniformemente hasta detenerse en 12 segundos. Calcula:
a) La velocidad del ciclista al final de cada tramo. [expand]La velocidad del ciclista al final de cada tramo es de 24 m/s, 15 m/s y 3 m/s, respectivamente. [/expand]
b) La distancia total recorrida por el ciclista. [expand] La distancia total recorrida por el ciclista es de 96 m + 300 m + 108 m = 504 m. [/expand]
c) Grafica x(t), v(t) y a(t) para el movimiento completo.
En la sección “Kinematics” (Cinemática) de la página, encontrarás contenido confiable sobre los temas de MRU y MRUV, con explicaciones, ejemplos resueltos y simulaciones interactivas para ayudarte a entender mejor los conceptos y desarrollar habilidades de resolución de problemas.
Además, también puedes encontrar en la página una sección sobre Laboratorio Virtual, donde se realizan simulaciones que puedes ejecutar en línea para entender conceptos y fenómenos físicos de manera más efectiva.
En artículos anteriores de Ensamble de Ideas, hemos visto que la energía no se crea ni se destruye. La primera ley de la termodinámica nos afirmaba que la energía, esa capacidad de poder realizar un trabajo, podía transformarse de un tipo a otro, así como a partir de la energía del viento, que llamábamos energía eólica, podíamos obtener energía eléctrica. Esto es válido en todos los ámbitos y decimos que la energía se conserva.
La energía es la capacidad que tiene un sistema de producir un trabajo, esto es, la capacidad que presenta de realizar algún tipo de cambio en un sistema, ya sea físico o químico. En otras palabras, todo cambio requiere de energía para que suceda.
¿Sabes de dónde proviene la energía que utilizas en este momento para leer y comprender este texto? Continúa leyendo para enterarte de todo esto y más, pues analizaremos un caso práctico de conservación de la energía mecánica en una montaña rusa.
La conservación de la energía en la vida cotidiana.
Conservación de energía en la naturaleza
La energía que utilizas día a día en tu vida cotidiana proviene, sin duda, de los alimentos que has ingerido en las últimas horas. Por ejemplo, un almuerzo puede estar constituido por un bife de carne vacuna y algunas verduras frescas que has puesto en tu ensalada. Esos alimentos tienen, en las moléculas que lo conforman, energía química acumulada en sus enlaces. Esa energía es la que tú utilizas al leer esto, o bien al jugar un partido de fútbol o al correr el bus que te lleva a la escuela, universidad o trabajo. ¿Esa energía siempre estuvo ahí? Seguro que estás adivinando la respuesta: claro que no. (Y claro, te lo habíamos adelantado al principio de este tedioso texto.)
Es evidente que la energía presente en el animal, como la vaca o cerdo, ha provenido de los alimentos que consumió. Por ejemplo, la vaca, herbívora, ha conseguido su energía del vegetal consumido. ¿Y éste? Por fotosíntesis, ha transformado la energía lumínica proveniente del Sol en energía química. La energía lumínica se produce en el Sol por reacciones nucleares en su interior. Como vemos, todo esto es un claro ejemplo de cómo se conserva la energía.
¿De dónde proviene la energía del Sol en su interior? Te recomendamos la lectura de nuestro artículo sobre el ciclo protón-protón.
Entonces, la energía que utilizamos para bailar en un boliche, ¿proviene indirectamente del Sol? ¡Correcto! La energía siempre se conserva. ¿Puedes imaginarte qué transformaciones de la energía ocurren durante el funcionamiento de una licuadora?
La energía eléctrica que utiliza el aparato proviene de centrales eléctricas, que pueden obtener energía a partir de la energía hidráulica (como en una central hidroeléctrica), de energía eólica (como en una planta eólica), de la energía de combustibles fósiles (como las centrales térmicas), de la energía nuclear (como en una central nuclear), de la energía solar, etc. Esta energía eléctrica es transformada en otros tipos de energía, tal como la energía cinética con la que se licúan nuestros alimentos.
¿Toda la energía eléctrica es transformada en energía cinética en una licuadora? Claro que no. Lamentablemente, la eficiencia de los artefactos eléctricos no es del 100%, sino que una considerable parte de la energía se disipa en forma de calor al ambiente. Muchas veces, como en nuestra licuadora, una parte de la energía eléctrica también puede transformarse en energía sonora. ¡Otro gran ejemplo de transformación de la energía! Así vemos cómo se cumple, nuevamente, la primera ley de la termodinámica.
La conservación de la energía en una montaña rusa.
Sin ir más lejos, en el día a día encontramos múltiples ejemplos de la energía y su conservación. Analicemos un último caso más.
Ante todo, recordemos algunos conceptos físicos importantes: cuando un objeto se encuentra a cierta altura, presenta energía potencial gravitatoria (\( E_{p_g}\)). Por otro lado, si un objeto se encuentra en movimiento, presenta energía cinética (\( E_c \) ). La suma de energía potencial más energía cinética es llamada energía mecánica. En conclusión, \( E_m=E_{p_g}+E_c \) .
Ejemplo de la montaña rusa.
Ahora, imaginemos una montaña rusa. En el punto más alto, antes de que se inicie la vertiginosa caída (punto al que llamaremos “A”), el carrito presenta energía potencial gravitatoria máxima, sin energía cinética pues se encuentra quieto. Según lo expresado en el párrafo anterior, la energía mecánica del carrito en “A” es igual, en este caso, a la energía potencial gravitatoria, pues la energía cinética en “A” es cero. A medida que el carrito caiga, la energía potencial disminuye (pues disminuye la altura) y la energía cinética aumenta (pues la velocidad va aumentando). Llamaremos “B” a algún punto que se encuentre entre “A” y el punto más bajo de la trayectoria.
Sin embargo, la suma de ambas energías, que es igual a la energía mecánica, se conserva en todo momento. Es decir, la energía mecánica se conserva (¡y en todo punto de la trayectoria!). Al llegar al punto más bajo, que llamaremos “C”, observamos que la energía cinética es máxima y la energía potencial gravitatoria es nula.
La suma de ambas, claro está, es la energía mecánica y vale lo mismo que en “A” y en “B”. Cuando el carrito siga su recorrido, podrá volver a alcanzar el punto más alto, pero no podrá superarlo, pues el carrito no tendrá la suficiente energía mecánica para hacerlo. Esto es válido si consideramos una montaña rusa ideal, en la que hipotéticamente no exista rozamiento entre el carrito y el riel, así como entre el carrito y el aire.
En los casos reales, parte de la energía mecánica se disipa en forma de calor al ambiente. Esto último no significa que “se pierda” energía. La energía total, la mecánica más la disipada en forma de calor -o algún otro tipo de energía como sonora o lumínica-, será constante, ¡siempre! Es decir, la conservación de la EM (Energía Mecánica)se cumplirá en cualquier situación, como establece la Primera Ley de la Termodinámica.
¿Cómo hacer ejercicios de CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA?
Para realizar un ejercicio de física sobre CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA, debemos tener en cuenta algunas cosas:
Conceptos principales sobre CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
Analicemos teóricamente, en forma de conclsusión, los principios básicos de la conservación de la EM:
(I) La energía mecánica (\( E_m \) ) es igual a la suma de energía potencial gravitatoria (\( E_{p_g} \)) más la energía cinética ( \( E_c \) ). Es decir: \( E_m = E_{p_g}+E_c) \) .
(II) La energía mecánica se conserva SÓLO si no hay fuerzas de rozamiento actuando, tales como la fuerza del rozamiento con el aire o con el piso.
(III) Consideraremos el valor de la fuerza de gravedad en la Tierra como \( \left | g \right |=10 \frac{m}{s^{2}}\) (sólo para hacer más fáciles las cuentas). En caso de que tú lo hagas con el valor de \( \left | g \right |=9,8 \frac{m}{s^{2}} \), el procedimiento es el mismo. Sólo cambia el valor de \( \left | g \right | \) por el que tú tomes. De acuerdo con esto, si estamos hablando de un ejercicio que considera que estamos en la Luna, por ejemplo, el valor de \( \left | g \right | \) corresponderá a \( 1,6 \frac{m}{s^{2}} \) .
(IV) La teoría relacionada con la conservación de energía mecánica nos dice que \(\Delta E_m=0 \).
¿Qué significa esto? Que la energía mecánica final siempre es igual a a la energía mecánica inicial. En otras palabras, ¡La energía mecánica se conserva siempre en todo el movimiento! Presten mucha atención a esta frase, pues será de gran utilidad.
Una vez que tuvimos en cuenta esas pequeñas aclaraciones, es hora de realizar algunos ejercicios:
Ejercicios Prácticos de Conservación de la Energía Mecánica
Ejemplo 1
1. ¿Con qué velocidad toca el suelo una pelota que se deja caer desde 20m de altura?
Típico ejercicio de examen. Para resolverlo, consideraremos que no hay fuerzas de rozamiento con el aire durante la caída.
Veamos la siguiente representación de lo que expresa el enunciado:
En el punto más alto, la pelota se deja caer. Es importante aclarar que “se deja caer” es equivalente a decir que la velocidad inicial de la pelota es 0, es decir: \( v_i=0\) . En ese punto, la energía mecánica estará dada por:
\( E_{m_i}=E_{p_g}+E_c \)
Como \( E_{p_g}=m\cdot g\cdot h \) y \( E_c=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^2 \) , entonces:
\( \left | v \right |=\sqrt{\frac{10\frac{m}{s^{2}}\cdot 20m}{\frac{1}{2}}}=20\frac{m}{s} \)
¡Y listo!
Ejemplo 2
2. Dada la siguiente situación de un carrito de 8kg:
El estudio de la conservación de la energía es importantísimo para comprender los cambios experimentados en una montaña rusa, tanto ideal como real.
Datos: Masa del carrito = 8 kg. X (estiramiento del resorte) = 0,81 metros. K (constante de elasticidad) = 10,2 N/m
Calcular:
La energía potencial elástica del carrito en el punto A.
La energía cinética del carrito cuando éste está quieto (v=0 m/s)
Calcular la energía potencial gravitatoria del carrito en el punto A y en el punto B.
Calcular la energía mecánica del carrito en el punto A. Tener en cuenta que la velocidad en el punto A es 0 m/s.
Calcular la energía mecánica del carrito en el punto B.
1. a) La energía potencial elástica del carrito (\( E_{p_{e}} \)) en el punto A viene dada por la expresión: \( E_{p_{e}}=\frac{1}{2}\cdot k\cdot X^{2}\), siendo k la constante elástica del resorte (k=10,2 N/m) y X, el estiramiento del resorte (X=0,81m). Reemplazando los valores:
b) La energía cinética (\( E_{c} \)) del carrito en cualquier punto viene dada por la expresión \( E_{c}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^{2}\), siendo m la masa del cuerpo y v, la velocidad. Como el cuerpo, según el enunciado, está quieto, entonces la energía cinética vale 0J.
c) La energía potencial gravitatoria (\( E_{p_{g}} \)) del carrito en cualquier punto viene dada por la expresión \( E_{p_{g}}=m\cdot g \cdot h\), donde m es la masa del cuerpo, g es la aceleración de la gravedad (\( g=9,8\frac{m}{s^{2}}\) y h es la altura del cuerpo. Según el enunciado, la masa del cuerpo es de 8kg.
En el punto A, la altura es de 20m, por lo que la energía potencial gravitatoria será:
Mientras que en el punto B, en donde la altura es 0m, la energía potencial gravitatoria será de 0J, puesto que no hay altura.
d) La expresión de la energía mecánica es: \( E_{m}= E_{p_{g}} + E_{c} + E_{p_{e}} = m\cdot g \cdot h + \frac{1}{2}\cdot m\cdot v^{2} + \frac{1}{2}\cdot k\cdot X^{2} \). Sabiendo que, en el punto A, la altura es de 20m y la velocidad del carrito es de 0 m/s, entonces:
Este valor también podría haber sido hallado sumando los resultados obtenidos en los puntos anteriores.
e) La energía mecánica se conserva en toda la trayectoria, por lo que la energía mecánica en B será igual a la energía mecánica en A: \( E_{m_{B}}= 1571,35J\)
Actividades
En todos los casos se considerará que los fenómenos detallados ocurren en cercanías de la Tierra, a menos que se exprese otra cosa. Se considerará que la aceleración de la gravedad es de g=9,8 m/s². Los resultados pueden variar ligeramente respecto de los tuyos teniendo en cuenta el valor de g utilizado o el redondeo que hayas hecho en cada paso.
¿Qué es la energía potencial gravitatoria?
Un cuerpo de 65 kg se encuentra a una altura de 45m y luego asciende 25m. ¿En qué punto tiene el cuerpo mayor energía potencial?
¿Qué diferencia existe entre peso y masa? Definir cada término.
¿Cuál es el peso de un objeto en la Tierra cuya masa es de 5kg? Rta: 49N
Un alumno tiene una masa de 65kg. ¿Cuánto vale su peso? Rta: 637N
Si el alumno anterior se fuera a la Luna, ¿cuánto pesaría allí si la gravedad lunar es de 1,6 m/s2? Rta: 104 N
El alumno anterior, que ya está cansado de viajar a través del espacio, se va a Marte y descubre que pesa 241,15 N. ¿Cuánto vale la gravedad allí? Rta: g=3,71 m/s2.
Un objeto pesa en la Tierra unos 130 N. ¿Cuánto vale su masa? Rta: 13,27kg
Una bolsa de compras que tiene 1kg de papas adentro se encuentra colocada en un costado del supermercado. a) ¿Cuánto pesa la bolsa de papas? b) ¿Cuánto vale su energía potencial? Rta: a) 9,8N; b) 0J
Y si la bolsa que avanza por un camino es levantada a una altura de 1,5 m… Calcular: La energía potencial de la bolsa a esa altura. Rta: 14,7J
¿Cuánto vale la energía potencial de un objeto de 34kg ubicado en la terraza de un edificio de 49 m de altura? Rta: 16 326J
El peso de una bola es de 5N. Se está por tirar desde un puente a 30 m de altura. Calcular su energía potencial. Rta: 150J
La energía potencial de una pelota a 36 metros de altura es de 720J. ¿Cuál es su masa? Rta: 2,04kg.
Un cuerpo de 3,5kg de masa tiene una energía potencial gravitatoria de 112J. ¿A qué altura se encuentra? Rta: 3,26m
¿Qué es la energía cinética? ¿Qué fórmula se usa para calcularla?
¿Qué es la energía mecánica?
Pasar de m/s a km/h o viceversa según corresponda: a) 12m/s a km/h; b) 72km/h a m/s; c) 25,6m/s a km/h; d) 23m/s a km/h; e) 340km/h a m/s.Rta: a) 43,2 km/h; b) 20 m/s; c) 92,16km/h; d) 82,8 km/h; e) 94,44 m/s
¿Cuál es la energía cinética de un móvil que circula a 20m/s y tiene una masa de 500kg? Rta: 100.000J
¿Cuál es la energía cinética de un móvil que circula a 25km/h y tiene una masa de 500kg? Rta: 12.040,9J
¿Cuál es la energía cinética de un pájaro que circula a 25km/h y tiene una masa de 1000g? Rta: 24,11J
¿Cuál es la masa de un objeto que se mueve a razón de 3m/s y su energía cinética es de 11,25J? Rta: 2,5kg.
¿Cuál es la velocidad de un objeto que circula con una energía cinética de 54J y tiene una masa de 3kg? Rta: 6m/s.
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto de 3kg que se mueve a 2m/s y se encuentra a una altura de 10m? Rta:300J
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto de 2kg que se mueve a 5m/s y se encuentra a una altura de 2m? Rta:64,2J
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto que pesa 20N, se mueve a 5m/s y se encuentra a una altura de 2m? Rta:65,5J.
¿Cuál es la energía mecánica del móvil del ejercicio 14? Rta: Su energía mecánica vale lo mismo que su energía potencial porque no se encuentra en movimiento. Es, entonces, 112J.
Screenshot del Applet del PhET Colorado sobre Energía Mecánica.
Con el cursor, envía a nuestro patinador hacia la cima de la rampa de patinaje.
Suéltalo y asegúrate de tener activadas la casilla de “Gráfico de Barras”, para que tu pantalla quede como se muestra a continuación:
A medida que cae, observarás que, en el gráfico de barras, se producen modificaciones. ¿Qué variables van cambiando? ¿Cómo lo hacen? Describir el cambio observado. ¿Cuál se mantiene constante?
¿Cuál es la variable que alcanza su máximo valor cuando nuestro querido patinador toca el suelo? ¿Qué valor tienen, en ese momento, las otras variables?
¿Cuál es la variable que alcanza su máximo valor cuando nuestro valiente patinador alcanza los puntos más altos de la rampa? ¿Qué valor tienen, en ese momento, las otras variables?
Modifica la masa del patinador. ¿Qué sucede con la energía total cuando la colocamos en “pequeña” y en “grande”?
