Conservación de la energía

"La energía ni se cre ni se destruye, sólo se transforma". Este enunciado tiene consecuencias importantes en multitud de fenómenos, pero habría que matizar varios aspectos:

1. La energía en ocasiones se DEGRADA, es decir se trasnforma en un tipo de energía que no podemos aprovechar. Cuando esto ocurre, la energía mecánica puede desaparecer y aumentar en igual magnitud la energía interna, asociada a la temperatura y a la agitación molecular. Esta degradación esté ocasionada por el rozamiento, que se encarga de aminorar o disminuir la energía mecánica de una partícula a cambio de hacer aumentar la energía interna del aire, del suelo, y de la propia partícula.
2. En ocasiones un sistema exterior realiza yun TRABAJO sobre la partícula y ello ocasiona un aumento de su energía mecánica. En la siguiente simulación, un muelle comprimido realiza un trabajo sobre el coche que le permite aumentar su energía cinética. Cuando el coche se separa del muelle, su energía permanece constante.
3. Si consideramos un sistema AISLADO (no intercambia ni materia ni energía con el exterior) la energía permanecerá constante, y sólo encontraremos intercambios de un tipo de energía en otra. En la simulación la energía cinética y la energía potencial se intercambian contínuamente, pero la suma de ambas permanece constante.

Lanzamiento vertical de cuerpos con y sin rozamiento.

¿Tarda lo mismo en subir que en bajar un cuerpo lanzado hacia arriba? Veamos el efecto del rozamiento...

Potencial eléctrico

Potecial eléctrico creado por...

• ... una carga en relación con la distancia
• ... una carga en relación con la permitividad dieléctrica relativa
• ... una distribución puntual de cargas. Permite calcular el trabajo necesario para desplazar una carga testigo desde un punto a otro.
  

Campo eléctrico

Campo eléctrico creado por....

• ... una carga

• ... un dipolo

• ... una distribución puntual de cargas

Calorimetría

• Escalas de temperatura.

• Gráficas de calentamiento
• Efecto de la temperatura en la agitación molecular de un sólido

Magnitudes cinemáticas

Vector de posición, vector velocidad y vector aceleración, pretenden DESCRIBIR el movimiento de una partícula (o sistema de partículas) sin conocer las causas que lo originan. Este es el objetivo de la CINEMÁTICA.

En este animación un móvil describe un movimiento armónico y es observan las anteriores magnitudes relacionadas.

Movimientos de una partícula

• M.R.U. Movimiento rectilíneo uniforme. La resultante de todas las fuerzas es nula y el móvil mantiene su velocidad, sin variar ni su módulo (o intensidad), ni su dirección (mantiene su trayectoria recta), ni su sentido (el móvil no se da la vuelta, es decir no invierte su movimiento)

• M.R.U.A. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. La resultante de las fuerzas apunta en el mismo sentido que la aceleración, es decir en el sentido en que crece el módulo o la intensidad del vector velocidad. La velocidad por tanto varía su módulo pero no así su dirección ni su sentido, ya que la única aceleración que tenemos es la aceleración TANGENCIAL.
• M.C.U. Movimiento circular. La resultante de las fuerzas actuantes es perpendicular en todo momento a la trayectoria. Esta resultante se denomina fuerza normal. La aceleración que tenemos es NORMAL o centrípeta (sistema de referencia fuera del objeto o fuera del móvil) lo que provoca cambios en la dirección y sentido del vector velocidad, sin que su módulo o intensidad se vean afectados. El origen de la fuerza normal es mu variado: fuerzas gravitatorias, tensión de una cuerda, fuerza de rozamiento, ....
• M.C.U.A. Movimiento circular uniformente acelerado.
• M.A.S. o M.V.A.S. Movimiento armónico simple o movimiento oscilatorio armónico, o movimiento vibratorio armónico simple.
• Movimiento general. Cambiando la fuerza actuante podemos cambiar constantemente la trayectoria de la partícula.

Potencial gravitatorio y energía potencial gravitatoria

El potencial gravitatorio creado por la Tierra, o por cualquier sistema material (partícula, sistema de partículas, planeta, satélite...) es una magnitud escalar que adquiere un valor en cada punto. Es por tanto un campo escalar.
En la siguiente simulación se evalúa el potencial gravitatorio terrestre teniendo a la Luna como partícula que lo sufre. Para ello suponemos que la Luna no orbita, y nosotros la cambiamos de posición a la vez que vamos evaluando el potencial gravitatorio de la Tierra y la energía potencial gravitatoria del sistema Tierra-Luna.

Masa, peso, volumen y densidad

A menudo, los alumnos de los primeros cursos confunden el significado de estas magnitudes. Entre otros motivos encuentro:

1. En el lenguaje común es frecuente confundir masa y peso. Equicovadamente decimos..."mi peso es de 75 kilos", cuando en realidad deberíamos decir..."mi peso es de 75 kilopondios o 75 kilos-fuerza"
   
2. Desde que somos pequeños adquirimos un error conceptual dificil de romper. Consiste en asociar el tamaño con la masa, es decir creer que un objeto grande YA tiene más masa que uno pequeño. A menudo nos olvidamos de la densidad, es decir de la naturaleza del sistema material.

En general, no reconocen que la cantidad de materia es la masa, y que según la densidad del sistema, ocupará más o menos volumen según sea menor o mayor su densidad.

La siguiente simulación introduce un poco más de confusión creativa ya que interviene el concepto de empuje hidrostático (aerostático) que sufre cualquier objeto al estar dentro de la atmósfera. Con ánimo de crear polémica a los alumnos les lanzamos la pregunta:

¿Qué pesa más un kilo de plomo o
un kilo de corcho blanco (porexpan, o poliespán)?

¿Pesan exactamente lo mismo?

Si lo muestran en clase, el debate está servido....

Movimientos de satétiles y planetas bajo la acción de campos grtavitatorios

• Modelo geocéntrico de Ptomomeo

• Primera ley de Kepler
• Segunda ley de Kepler
• Movimiento de un cometa (Portugués)
• Tercera ley de Kepler
• Velocidad orbital en relación con la distancia a la Tierra: movimiento de satélites.
• Movimiento de Marte desde dos puntos de vista.
• Velocidad de escape: movimiento en los tres casos típicos de trayectorias con elípses con parábolas y con hipérbolas.
• Juego: hacer diana en un objetivo disparando un móvil afectado por el campo gravitatorio
• Movimiento de dos planetas que interactúan mutuamente. Modificando la masa de ambos, observamos el movimiento de ambos a la vez que sus fuezas gravitatorias y velocidades.Movimiento de tres planetas que interactúan mutuamente
• Movimiento de un planeta afectado por el campo de otros dos (yoyo)