Explicar cómo y por qué cambia la energía potencial elástica y gravitacional de un sistema masa resorte.
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
Qué es la energía potencial elástica?
La energía potencial elástica es energía almacenada que resulta de aplicar una fuerza para deformar un objeto elástico. La energía queda almacenada hasta que se quita la fuerza y el objeto elástico regresa a su forma original, haciendo un trabajo en el proceso. La deformación puede implicar comprimir, estirar o retorcer el objeto. Muchos objetos están diseñados específicamente para almacenar energía potencial elástica, por ejemplo:
El muelle de un reloj de cuerda.
Un arquero que estira su arco.
Un trampolín doblado justo antes de que el clavadista brinque.
La liga de hule de una resortera.
Una pelota de goma, comprimida en el momento en el que choca con una pared de ladrillos.
Un objeto diseñado para almacenar energía potencial elástica usualmente tendrá un límite elástico alto. Sin embargo, todos los objetos elásticos tienen un límite para la carga que pueden soportar. Cuando la deformación va más allá del límite elástico, el objeto ya no vuelve a su forma original. En generaciones anteriores, los relojes de cuerda accionados por muelles en espiral eran accesorios populares. Hoy en día, no solemos usar teléfonos inteligentes de cuerda porque no existen materiales con un límite elástico suficientemente alto como para almacenar energía potencial elástica con la densidad de energía suficientemente alta.
¿Qué es la energía potencial gravitacional?
Todos sabemos instintivamente que levantar algo muy pesado por encima de la cabeza de alguien representa una situación potencialmente peligrosa. El peso puede estar bien asegurado, así que no es necesariamente peligroso. Nuestra preocupación es que lo que sea que proporciona la fuerza para levantar el peso contra la gravedad pueda fallar. Para usar la terminología correcta de la física, nos preocupa la energía potencial gravitacional del peso.
Todas las fuerzas conservativas tienen energía potencial asociada. La fuerza de la gravedad no es una excepción. Denotamos generalmente la energía potencial gravitacional con el símbolo U_gU
g
U, start subscript, g, end subscript, y representa el potencial que un objeto tiene para hacer trabajo como resultado de estar situado en una posición particular en un campo gravitacional.
Considera que un objeto de masa mmm se levanta a una altura hhh contra la fuerza de gravedad como se muestra a continuación. El objeto se levanta verticalmente mediante una polea y una cuerda, por lo que la fuerza debida a la elevación del objeto y la fuerza debida a la gravedad, F_gF
g
F, start subscript, g, end subscript, son paralelas. Si ggg es la magnitud de la aceleración de la gravedad, podemos encontrar el trabajo realizado por la fuerza sobre el peso multiplicando la magnitud de la fuerza de la gravedad, F_gF
g
F, start subscript, g, end subscript por la distancia vertical, hhh, que ha recorrido. Suponemos que la aceleración de la gravedad es constante al lo largo de la altura hhh.
\begin{aligned}U_g &= F_g\cdot h \\ &= m\cdot g \cdot h\end{aligned}
U
g
=F
g
⋅h
=m⋅g⋅h
Un peso que se levanta verticalmente para adquirir energía potencial gravitacional.
Un peso que se levanta verticalmente para adquirir energía potencial gravitacional.
Un peso que se levanta verticalmente para adquirir energía potencial gravitacional.
Si quitáramos esa fuerza, el objeto se caería al suelo y la energía potencial gravitacional se transferiría a energía cinética del objeto en movimiento. En nuestro artículo sobre la conservación de la energía incluimos algunos problemas de ejemplo que se resuelven estudiando cómo la energía potencial gravitacional se convierte en otras formas de energía.
Lo interesante de la energía potencial gravitacional es que podemos elegir el cero de manera arbitraria. En otras palabras, somos libres de elegir cualquier nivel vertical como la ubicación donde h = 0h=0h, equals, 0. Para problemas sencillos de mecánica, un punto cero conveniente sería el piso del laboratorio o la superficie de una mesa. Sin embargo, en principio podríamos elegir cualquier punto de referencia, a veces llamado un datum. La energía potencial gravitacional incluso podría ser negativa si el objeto estuviera por debajo del punto cero. Esto no presenta un problema, pero tenemos que asegurarnos de utilizar el mismo punto cero de manera consistente en los cálculos.
Explicación:
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