Un objeto que está cayendo en cierto momento tiene una energía potencial de 20 J y una energía cinética de 15 J. si la energía se conserva, entonces en ese momento su energía equivale a:
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Respuesta:
En el campo de la Física uno de los conceptos más elementales es el de energía potencial. Puede definirse para entendernos como, aquella que posee un cuerpo debida a la altura a la que está. Por ejemplo, una maceta colocada en una ventana a una cierta altura tiene una energía potencial, que tanto mayor cuanto más alta está y cuanto mayor es su masa (y por tanto cuanta más pesa). Si esa misma maceta estuviese en La Luna y a la misma altura del suelo tendría menos energía porque en La Luna cualquier objeto pesa menos que en La Tierra.
Por este motivo se dice que la energía potencial de un cuerpo dado es el resultado de multiplicar su masa por la altura y también por la gravedad. La fórmula matemática es la siguiente Ep = m.g.h. siendo m, la masa, g la fuerza de la gravedad y h la altura del objeto. La gravedad o fuerza con la que La Tierra atrae hacia si a cualquier masa es tal que partiendo de cero y en caída libre (si despreciamos el rozamiento con el aire) le hace incrementar su velocidad en cada segundo 9,8 metros. En la Luna sin embargo este incremento es mucho menor en concreto de 1,62 metros cada segundo.
Veamos esto con un ejemplo. Sea una maceta de 1 Kg. de masa y situada a 20 metros de altura que se deja caer. Inicia la caída libre con velocidad nula; pero inmediatamente esta velocidad aumenta. Un segundo después de iniciar la caída libre se mueve hacia el suelo a 9,8 m/s. Dos segundos más tarde a (2 x 9,8) m/s; tres segundos mas tarde a (3 x 9,8 )m/s…..y así sucesivamente . Esta progresión en la velocidad cesa lógicamente cuando se estrella con el suelo. Lógicamente cuanto más alta esté la maceta, más tiempo tendrá para seguir aumentando la velocidad. Ahora bien el hecho de tener una velocidad determinada también implica una energía. Es la denominada energía cinética, que es la debida al hecho de que un cuerpo esté en movimiento.
La energía cinética depende de dos factores. Uno es obviamente la velocidad y otro es la masa. Lo comprobamos día tras día . La dificultad para detener el movimiento de un objeto que se esté moviendo, es tanto mayor; cuanto mayor es su velocidad y asimismo cuanto mayor es su masa. No es lo mismo detener un tractor en marcha que una bicicleta. En términos matemáticos la energía cinética es igual al producto de la masa (m) por la velocidad (v) al cuadrado y dividido todo por dos. Es decir Ec= 0,5 x (m.v2).
Cuando un cuerpo cae desde una cierta altura y si despreciamos el rozamiento con el aire; lo que sucede es que su energía potencial se transforma en energía cinética. Dicho de otro modo. Cuando inicia la caída su energía cinética es cero y a medida que transcurre el tiempo su energía potencial disminuye ( pierde altura) y esa pérdida de energía potencial es exactamente la energía cinética que va adquiriendo el cuerpo que cae.
Puesto que las fórmulas matemáticas que definen la energía potencia (Ep) y la energía cinética (Ec); son muy sencillas y dado que el tipo de movimiento que experimenta un objeto en caída libre, (en ausencia de aire) es muy simple; resulta muy fácil demostrar matemáticamente que la energía potencial en este tipo de movimiento se transforma rigurosamente en energía cinética. Para ello hay que tener unas nociones elementales de como es definido matemáticamente un movimiento en caída libre. Se trata de cuestiones que cualquier alumno de secundaria, (en teoría al menos) debe manejar con plena soltura. Es el típico ejemplo de que la energía, ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.
No procede entrar a explicar ahora en detalle como se hace esto, porque me temo que sería hacer una texto demasiado “enrevesado”; pero por si alguien quiere probar, en la ilustración que acompaña al texto indico una serie de fórmulas matemáticas que señalan “por donde van los tiros”.