PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

INTRODUCCIÓN

Es de suma importancia en la física comprender y aplicar correctamente el tema de la conservación de la energía mecánica, pues se aplica en todos los procesos que estudia la física.

En esta investigación se presenta de manera detallada los resultados sobre conservación de la energía realizada en el experimento

Se presenta también un marco teórico que explica muy claramente los conceptos fundamentales que necesitamos comprender.

OBJETIVO GENERAL

Aplicar los conocimientos adquiridos en clase sobre la conservación de la energía mecánica para encontrar incógnitas mediante el despeje de ecuaciones.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Observar un evento de movimiento de proyectiles y de conservación de la energía.

• Identificar las variables que intervienen en un evento de conservación de la energía.

JAMES PRESCOT JOULE

Este famoso hombre fue un físico inglés nacido en 1818 y que murió en 1889. Joule recibió ciertaeducación formal en matemáticas, filosofía y química aunque en gran parte fue autodidacta. Suinvestigación lo llevó a establecer el principio de conservación de la energía.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación, aunque existe un cierto nivel de degradación. En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de

Principio de conservación de la energía mecánica.

Si no existe un trabajo externo se cumple:

Si en el sistema anterior hay fuerzas interiores no conservativas como las fuerzas de rozamiento cuyo trabajo supone una disipación de la energía mecánica del sistema, el principio anterior tendremos que escribirlo así:

Por último, si sobre el sistema se realiza trabajo exterior, el principio de conservación lo escribiremos de la siguiente forma.

ENERGÍA CINÉTICA

La energía es la capacidad de un objeto de transformar el mundo que le rodea. Su unidad es el Joule. Los cuerpos por el hecho de moverse tienen la capacidad de transformar su entorno. Por ejemplo al movernos somos capaces de transformar objetos, de chocar, de romper, etc. Llamamos energía cinética a la energía que posee un cuerpo por el hecho de moverse. La energía cinética de un cuerpo depende de su masa y de su velocidad según la siguiente relación:

La velocidad de un cuerpo proporciona una capacidad al móvil de transformar el medio que le rodea. Esta capacidad es su energía cinética que depende del cuadrado de la velocidad y de la masa.ENERGÍA POTENCIAL

El hecho de estar bajo la influencia del campo gravitatorio proporciona a los objetos la capacidad de caer. Su unidad es el Joule. Recordemos el aprovechamiento de los saltos de agua en la generación de energía eléctrica. La energía potencial gravitatoria es la capacidad que tienen los objetos de caer. Tiene su origen en la existencia del campo gravitatorio terrestre. Su magnitud es directamente proporcional a la altura en la que se encuentra el objeto, respecto de un origen que

colocamos a nivel de la superficie terrestre, y a la masa del objeto. Su expresión matemática es:

JOULE

Un joule es el trabajo producido por una fuerza de 1 newton, cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro en la dirección de la fuerza. En términos eléctricos, un julio es el trabajo realizado por una diferencia de potencial de 1 voltio y con unaintensidad de 1 amperio durante un tiempo de 1 segundo.

DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA

Unas formas de energía pueden transformarse en otras. En estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación, parte de la energía se convierte en energía calorífica. Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor; pero, éste no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía, esto porque éste sólo puede ser utilizado y convertido en otras formas de energía donde se disponga de una diferencia de temperatura.

Son ejemplos:

• La energía eléctrica, al pasar por una resistencia.

• La energía química, en la combustión de algunas sustancias.

• La energía mecánica, por choque o rozamiento.Se define, por tanto, el Rendimiento como la relación (en % por ciento) entre la energía útil obtenida y la energía aportada en una transformación.

EJEMPLO:

Un esfera, parado ubicada a una altura h del piso, tiene una energíapotencial máxima debida a su altura (mgh), sin embargo la energíacinética es cero ((1/2)mv^2), porque está parado.

A medida que desciende por la vía va perdiendo altura; por tanto disminuye su energía potencial pero gana velocidad, por tanto aumenta su energía cinética. En la mitad del recorrido ambas energías se igualan.

Al llegar abajo la altura se hace cero; por tanto se anula la energía potencial; pero en ese punto la velocidad es máxima; por tanto la energía cinética también es máxima.

Toda la energía potencial de la parte superior se ha transformado en energía cinética en la parte baja. La energía se ha transformado, pero no se ha perdido. Esto es lo que dice el Principio de Conservación de la Energía.

Sin embargo, en el proceso de transformación, una parte de la energía se degrada en otras formas menos aprovechables, como el calor; en realidad la degradación supone una pérdida de calidad de la energía, de forma que la nueva forma de energía no se transforma fácilmente en otras formas. En una máquina, cuanto menor sea la pérdida, mayor será el rendimiento.

Una de las energías de mayor calidad es la energía eléctrica; una de las de menos calidad es la energía térmica.

APLICACIONES:

• La gasolina de tu auto es un depósito de energía química que el motor del vehículo transforma en energía calórica y en movimiento que se transmite a las ruedas, donde por acción del rozamiento parte de la energía impulsa el vehículo y otra parte se pierde en forma de calor.

• La energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles. Por ejemplo, en un volcán la energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad de calor; las piedras lanzadas al aire y la lava en movimiento poseen energía mecánica; se produce la combustión de muchos materiales, liberando energía química; etc.

• Un radiador eléctrico transforma la energía eléctrica en energía calorífica, una pila transforma la energía química en energía eléctrica, una lámpara transforma la energía eléctrica en energía luminosa, etc.

EXPERIMENTO:

Cohete para demostrar que la energia no desaparece solo cambia

Materiales:

* Botella de agua de 2 litros

* Corcho de botella de vino o similar

* Cinta adhesiva

* Madera (no importa el tamaño)

* Tornillo para madera de unas dos pulgadas (5 cm) de largo

* Vinagre

* Polvo para hornear

* Servilleta de papel

Procedimiento:

Primero vamos a hacer la base de nuestro cohete, para lo cual, debemos tomar la madera y

colocar el tornillo como se muestra en el video.

Ahora toma el corcho y lo tienes que enroscar en la parte del tornillo que sale de la madera. Una

vez hecho ésto, tienes que probar si el corcho entra a presión en el pico de la botella. De no ser

así, tienes que colocar cinta adhesiva en el corcho hasta que el corcho entre a mucha presión en el

pico.

Lo que sigue es preparar la mezcla que hará que el cohete despegue. Para eso tienes que mezclar

un vasos y medio de agua con un vaso y medio de vinagre. Coloca la mezcla dentro de la botella.

Ahora debes tomar una servilleta de papel y colocar sobre ella unas 4 o 5 cucharadas de polvo

para hornear, no la coloques todas justas sino espárcelas como se muestra en el video. Dobla la

servilleta de modo que quede un cilindro largo, que entre por el pico de la botella y que el polvo no

se caiga de ella. En el video se muestra una de las formas posible para doblarla.

Llegó el momento del lanzamiento del cohete. Tienes que elegir un lugar al aire libre. Coloca el

cilindro con polvo para hornear dentro de la botella, pero no lo sueltes, no debe tocar el líquido

aún. Ahora toma la base, y mientras dejas que caiga la servilleta con el polvo, introduces el corcho

a presión.

Da vuelta el cohete, y comienza a correr pues en cualquier momento éste saldrá volando a una

velocidad increíble, y si estás cerca te salpicará todo.

¿Cómo funciona?

Esto genera tanto gas, que la presión dentro de la botella aumenta rápidamente. Cuando es

suficiente como para “salirse del corcho” el cohete despega. La propulsión se realiza mediante la

expulsión de agua. El fenómeno es explicado en detalle por la tercera ley de newton, según la cual

entendemos por qué vuelan los cohetes.