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ETAPA 3
TRABAJO, ENERGÍA Y POTENCIA
ÁREA DE FORMACIÓN: PROPEDÉUTICA
CAMPO DISCIPLINAR: CIENCIAS EXPERIMENTALES
MODALIDAD:
PRESENCIAL
UNIDAD DE APRENDIZAJE: ___________________________________GRUPO:_______
NOMBRE DEL ALUMNO: ____________________________________________________
MATRÍCULA: _________________
TURNO: _____________________
NOMBRE DEL MAESTRO: ___________________________________________________
“Hay suficiente energía en el mundo para cubrir las necesidades de todos los hombres, pero no para satisfacer su codicia”
Mahatma Gandhi.
COMPETENCIA GENÉRICA:
__________________________________________________________________________________________________
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Atributo:
__________________________________________________________________________________________________
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Secuencia didáctica de la etapa 3
LA ENERGIA Y EL CUERPO HUMANO
Las calorías que se necesitan cada día para mantener nuestro cuerpo en forma y poder realizar las actividades de la vida
diaria, dependen de muchos factores, entre ellos, el sexo, la edad, el clima del lugar dónde vivimos, la alimentación que
se lleva y el gasto de energía producido por la actividad física.
Las calorías que se gastan con el ejercicio físico suele ser muy variable, pero pueden representar entre un 15 y un 30 por
ciento del gasto energético total. Sin embargo en deportistas, que son individuos muy activos, el gasto puede superar los
valores promedios y significar un 50% del total de energía consumida.
El requerimiento energético de una persona adulta sana es de aproximadamente 28 a 32Cal por kilogramo de peso por
día. Por ejemplo: persona de 70 kg, 28Cal/kg x 70kg= 1960Cal; 32Cal/kg x 70kg= 2240Cal. Esta persona necesita entre
1960 y 2240Cal por día para mantenerse en su peso corporal.
Si el peso del individuo es mayor y padece de obesidad, las calorías deben calcularse con un valor fijo menor o estimarse
a partir del peso que debería tener esa persona para tener un estado de salud normal.
Ahora bien, debido a que el gasto por actividad física es fundamental para el cálculo energético, hay que ver cuántas
calorías se queman según el ejercicio o deporte que se realice y la intensidad del mismo:
a) Actividad ligera: caminar, pescar, golf, bolos, etc., se queman entre 1.5 y 4.9Cal por minuto.
b) Actividad moderada: baile, voleibol, ciclismo de placer, etc., se gastan entre 3.5 y 7.4Cal por minuto.
c) Actividad intensa: patinaje no sobre hielo, esquí acuático, tenis, trote y otras, con estas actividades se puede
quemar entre 5.5 y 9.9 Cal por minuto.
d) Actividad muy intensa: esgrima, futbol, basquetbol, natación, etc., se gastan entre 7.5 y 12.4 Cal por minuto.
e) Actividad extremadamente intensa: squash, correr, etc., se queman más de 10 Cal por minuto.
Cabe aclarar que se gastan más calorías cuanto mayor es el peso corporal de una persona, cuanto menor es la edad del
individuo y más aún si es de sexo masculino y el clima del entorno es templado.
Con estos datos se puede tener una idea del número de calorías que se debe aportar al organismo para mantener el
peso, rebajar o aumentar. Como se observa, el gasto por actividad física puede ayudar mucho a incrementar las calorías
eliminadas y favorecer así el descenso de peso y/o el ejercicio físico ayudará a mantener el cuerpo activo y saludable.
Nota: 1 Caloría (Cal o caloría alimentaria)=1000calorías=4186 Joules
LA ENERGÍA Y EL AUTO
A menudo se habla de la energía, en muchos ámbitos y la seguridad vial no es una excepción. Se dice que los accidentes
a altas velocidades son más graves porque hay más energía involucrada. Que es más difícil frenar porque los frenos no
pueden disipar toda la energía rápidamente. Pero, ¿realmente cuánta energía tiene un coche? Hacer números por si solo
es un poco estéril, lo más útil es comparar con situaciones cotidianas.
Una de las situaciones donde más se habla de energía de forma cotidiana es la nutrición. En este contexto, la unidad que
se utiliza es la kilocaloría (aunque muchas veces se dice Caloría a secas, se supone que lo de kilo suena a demasiado…
pero en realidad casi siempre se hace referencia a kilocalorías). La referencia que se va a utilizar es la ingesta media
recomendada de 2000kcal al día para una persona que no esté haciendo una dieta particularmente estricta.
Se supone que se tiene un motor capaz de proporcionar 90cv o lo que es lo mismo 66kW. Pues bien, si esto se traduce a
lenguaje nutricional resulta que el motor está proporcionando lo equivalente a un poco menos de 16kcal cada segundo.
Si mantenemos el motor a plena potencia durante toda una hora (que, en condiciones de tráfico abierto difícilmente
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será deseable, o siquiera posible; pero hagamos el ejercicio mental de suponer que sí), eso supone que el motor
proporciona al vehículo un poquito menos de 57000kcal. En sólo una hora, lo equivalente a unas 28,5 veces a la ingesta
de todo un día de una persona.
Otra forma de verlo; la energía que proporciona cada segundo el motor es equivalente a la que un deportista
proporciona a una mancuerna con 70kg al levantarla 33cm de altura… ¡333 veces! Hacer cien levantamientos por
segundo, incluso con unas pesas tan moderadas, debe ser más que difícil, imposible.
LA ENERGÍA DE UN VEHÍCULO A 100 km/h
Hasta ahora se ha hablado de la energía que proporciona el motor. No obstante, toda esa energía no se proporciona al
vehículo, la mayoría se pierde en el ambiente en forma de gases calientes, principalmente en fricción del aire que se
opone al avance del vehículo, la fricción entre llantas y el piso, calentar el motor y el aire que lo rodea, etc. Pero quizá
sea más interesante hablar de la energía que realmente permanece en el vehículo. Esa energía depende de dos factores:
de la masa del vehículo (considerando sus ocupantes y carga) y su velocidad.
Se va a suponer que la masa del vehículo es de 1000kg y que se mueve a 100km/h, por eso de hacer números redondos.
Para evitar más cálculos, resulta que la energía (cinética) que tiene el coche a casa con su masa y velocidad es de
aproximadamente 386kJ, que en términos dietéticos equivale a un poco más de 92kcal. Es más o menos la energía que
proporciona una ración de 20g de cereales de tazas de maíz. Si no fuera por todas las pérdidas de energía por fricción,
con sólo eso bastaría para que una persona ponga un coche de tonelada a 100 kilómetros por hora.
Para sumar las 2000kcal de la dieta media diaria se tendría que sumar casi 22 coches de esa masa y a esa velocidad. O un
camión de 22 toneladas. O lo que es lo mismo, con todo lo que ingiere en un día una persona, habría suficiente energía
para mover 22 coches de las características mencionadas. Reiterar que esto es siempre en el supuesto ideal (e
imposible) de que no exista ninguna pérdida de energía. Para solventar dichas pérdidas necesitaríamos aportar
constantemente energía.
Siempre se ha dicho que la energía cinética que tiene un coche al moverse a cierta velocidad es la que después se puede
invertir en provocar daños si hay un accidente. A priori parece poca energía, pero pensémoslo de otra forma: si un ser
humano gasta, en promedio, 2000kcal en un día, entonces tardará aproximadamente 66 minutos en gastar 92kcal.
Ahora, hay que imaginar que se le otorga a una persona cualquiera, 66 minutos para destrozar un vehículo y sus
ocupantes, con la única condición que no puede utilizar ninguna fuente de energía externa. Ni una bomba, ni una
motosierra. Pero sí puede utilizar herramientas mecánicas como sierras o hachas; ya que esas herramientas permiten
multiplicar la fuerza, es decir la eficacia con la que la persona utiliza su energía. Pero no incrementan el gasto energético
total. En esos 66 minutos, la persona gastaría en promedio la misma energía que se liberaría si el vehículo de una
tonelada a 100km/h colisionara contra un objeto detenido.
LA ENERGÍA Y LA BATERÍA DE UN TELÉFONO MÓVIL
Otro contexto en el que se ha hablado a menudo de energía es cuando se refiere a las baterías de los dispositivos
móviles. Tomando, por ejemplo, la batería del iPhone 5, que según sus datos técnicos es capaz de almacenar una
energía de 5.45Wh, que en el sistema internacional se traduce en poco menos de 20kJ. Eso equivale a aproximadamente
4.7kcal. Es decir, para conseguir que el vehículo de referencia de una tonelada alcance los 100km/h sería necesaria la
energía almacenada en 20 baterías como la de un teléfono inteligente.
Este ejemplo ayuda a entender el motivo por el que los coches eléctricos van equipados con baterías tan voluminosas.
Porque, además, según el cálculo se supone que el vehículo no sufre pérdidas de energía de ningún tipo. Si tenemos eso
en cuenta, obviamente la energía que debe proporcionar la batería se multiplica. Hay que tomar en cuenta que
seguramente se necesita poner el vehículo en marcha desde el reposo muchas veces (a causa de semáforos y todo eso).
Por suerte, sistemas como los frenos regenerativos pueden ayudar a recuperar parte de esa energía.
Volviendo al tema, se había dicho que el motor de 90cv proporciona unas 15.82kcal cada segundo. Es decir, algo así la
energía contenida en 3.4 baterías de iPhone, cada segundo. Unas diez baterías agotadas en lo que se tarda en decir
superarchirecontrarivalísimosbatmansuperman. Esa es la energía que proporciona un motor de 90cv, que tampoco es
de lo más potente que podemos imaginarnos en el mercado. Si llegamos a hacer estos cálculos con un Ferrari (520 CV),
la batería de la marca de la manzana mordida no daría para alimentar un sólo coche.
Hasta aquí esta enorme cantidad de números y comparaciones. La mayoría son forzadas, pero se espera hayan servido
para dar una idea de la cantidad de energía que realmente contiene un coche, en comparación con otras actividades de
la vida diaria.
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De acuerdo al escrito anterior infiere la respuesta de cada pregunta:
1.- Las personas realizan actividades y para ello requieren de:____________________________________________
2.- La _____________________ que se utiliza en el cuerpo humano proviene de los_____________________________
3.- Dependiendo de la actividad física de cada persona requiere más o menos_______________________________
4.- Cuando las personas consumen alta cantidad de calorías y éstas no se utilizan en actividades físicas, ésta energía se
acumula en forma de_______________________
5.- Así como las personas requieren consumir alimento para tomar energía, los autos requieren de energía proveniente
de ________________________
6.- Un auto consume energía y la libera en forma de _____________________________ y ____________________
ACTIVIDAD DIAGNÓSTICA (Coevaluación)
Con esta actividad podrás visualizar un panorama general preliminar acerca del tema fundamental: la energía.
Tomando como base la lectura introductoria de esta etapa, respondan en plenaria las siguientes preguntas para generar
discusión.
1. ¿Qué sabes acerca de la energía?
__________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
2. Enuncia la ley de la conservación de la energía. ¿Cómo la puedes aplicar al caso en que una pelota de basquetbol se
deja caer desde cierta altura y al rebotar no llega de nuevo a la misma altura sino un poco más abajo y así sucesivamente
hasta que se detiene?
__________________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________
3. ¿Qué formas de energía conoces?
__________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
4. ¿Cuáles son las diferentes fuentes de energía para producir energía para las fábricas, autos, casas, comercios, etc.?
__________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
4. ¿Cómo explicarías la ley de la conservación de la energía?
__________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
5. ¿En qué contextos diferentes de tu vida diaria has escuchado que se hable de energía?
__________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
6. Para poder abordar adecuadamente el concepto de energía y su conservación, es necesario presentar otros conceptos
previos, ¿cuáles crees que son estos conceptos?
__________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
7. ¿Qué relación existe entre la fuerza y la energía?
__________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________________
8. ¿Cómo se le denomina a la interacción de una fuerza a lo largo de una distancia?
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_________________________________________________________________________________________________
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9. Tú puedes empujar un mueble (aplicar una fuerza sobre él) a lo largo de una distancia de 3 m por ejemplo. ¿Qué hace
la diferencia cuando tomas en cuenta el tiempo empleado en moverlo, es decir, si te tardas poco tiempo o te tardas
más?
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10. ¿Crees que es necesario para ti como estudiante de preparatoria saber algo sobre este tema?
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ACTIVIDAD DE ADQUISICIÓN DEL CONOCIMIENTO (Heteroevaluación)
Elaboración de un mapa conceptual
Con esta actividad podrás apropiarte de los conocimientos necesarios que se verán en esta etapa para que puedas
trabajar con ellos más adelante.
I.
A.
B.
C.
D.
E.
El mapa conceptual debe incluir:
Todas las magnitudes físicas vistas en esta etapa.
Las unidades de medición de cada una de ellas.
La relación entre ellas.
Coherencia y lógica en la distribución del mapa.
Palabras de enlace.
II.
El mapa conceptual puede realizarse de manera individual o por equipo de la siguiente forma:
A. Búsqueda en el libro de texto los conceptos principales de esta etapa.
B. Subrayar sus definiciones y con esta información elaborar un mapa conceptual en donde se observe la relación
entre ellos.
C. No se olvide utilizar palabras de enlace.
D. Elaborar el mapa en Word, PowerPoint o papel cartoncillo según las indicaciones del maestro.
E. El trabajo debe llevar los nombres completos del o los integrantes del equipo.
ACTIVIDAD DE ORGANIZACIÓN Y JERARQUIZACIÓN (Heteroevaluación)
Elaboración de un mapa mental y diapositivas en PowerPoint
Una vez que tu maestro haya dado la explicación general de los conceptos teóricos de esta etapa, elaboren en equipos
de tres personas, un mapa mental de los mismos. Éste deberá girar en torno al concepto de energía y deberás
mencionar todos los conceptos vistos.
I.
El mapa mental y la presentación deberán abarcar:
A. Contener las diferentes formas de energía tradicional y alternativa.
B. Incluir fuentes de energía tradicional y alternativa, el nombre de la fuente de energía, el uso que se le da y el
fundamento de su obtención.
C. La manera de cómo se convierten unas formas de energía en otras.
D. Identificar si es posible mediante cambios químicos y/o físicos que todas, algunas o ninguna de las formas de
energía sean reversibles.
E. ¿Cuál es el futuro de la tierra si no cuidamos la eficiencia energética, energías limpias, energías sustentables,
etc.?
F. La posibilidad de producción a gran escala como una solución a la crisis energética.
G. El punto de vista desde la perspectiva de la química, de la biología, la ecología y otras ciencias afines, acerca de
los beneficios o perjuicios de estas formas de energía.
II.
El mapa mental se puede realizar de la siguiente manera:
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A. Utilizar colores, dibujos, líneas delgadas y gruesas que indiquen la importancia de lo que se quiera resaltar, en
fin, utilicen su creatividad para crear el mapa mental lo más completo posible.
B. Para que sea más visible elabórenlo en una cartulina o en una hoja de rotafolio.
C. Su maestro asignará una sesión de clase en la que cada equipo presentará su mapa mental para dar una
explicación de los hallazgos que obtuvieron.
D. Recuerda ser proactivo aportando tus comentarios y siempre respetando el trabajo de los demás.
E. Que el trabajo sea lo suficientemente visible para todo el grupo.
F. El mapa debe ser elaborado manualmente.
G. Evidenciar la participación equitativa de los integrantes del equipo.
H. El mapa mental deberá contener todos los datos completos de los integrantes.
ACTIVIDAD DE APLICACIÓN (Heteroevaluación)
Laboratorio de ejercicios
Con esta actividad podrás consolidar los conocimientos como son el de trabajo, energía y potencia.
Resuelve los siguientes ejercicios en los espacios indicados incluyendo los datos, la fórmula, el despeje de la misma
cuando sea necesario, las unidades de medición, y una interpretación de los resultados obtenidos.
Utiliza las siguientes ecuaciones:
FÓRMULA
CONCEPTO A RESOLVER
W=Trabajo (Joules), donde toda la fuerza (F) se aplica en el
mismo sentido y dirección del movimiento o
desplazamiento(x).
W=Trabajo (Joules), donde parte de la fuerza (F) se aplica en
el mismo sentido y dirección del movimiento o
desplazamiento (x).
P=Potencia (Watts) donde v (velocidad) es aplicada si es
constante.
K=Energía cinética(Joules) que depende de la masa(m) y de
la rapidez (v) con que se mueva tal masa
U=Energía potencial(Joules) que depende de la masa,
El trabajo total(WR) o resultante es igual al cambio en la
energía cinética(ΔK)
La energía mecánica(E) es igual a la suma de las energías
E=K+U
potencial (U)y cinética(K)
Nota: no se te olvide que dependiendo del problema, se tienen que utilizar las fórmulas de la etapa de dinámica o
fuerzas.
WR=Kf-Ko
WR=ΔK
PROBLEMA
SOLUCIÓN
INTERPRETACIÓN
Y RESULTADO(S)
1. Calcular el trabajo realizado cuando una persona
empuja un escritorio sobre una superficie horizontal a lo
largo de una distancia de 10 m aplicando una fuerza de
150 N en la misma dirección del movimiento.
2. Calcula el trabajo realizado cuando una persona
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empuja un baúl sobre una superficie horizontal, a lo largo
de una distancia de 20 metros, aplicando una fuerza de
50 N en la misma dirección del movimiento.
3. Un hombre levanta una maleta de 25 kg hasta una
altura de 50 cm (suponer a velocidad constante).
a) ¿Cuál es el trabajo realizado?
b) Si se queda parado durante 30 segundos sosteniendo
la maleta, ¿cuál es el trabajo realizado?
c) Si camina a lo largo de 30 metros manteniendo la
maleta a la misma altura, ¿cuánto trabajo efectuó?
4. ¿Qué fuerza se requiere para levantar una caja de 8
kilogramos hasta una altura de 2 metros? ¿Cuánto
trabajo realiza la fuerza aplicada para levantar la caja a
dicha altura? Considera que este movimiento se realiza a
velocidad constante.
5. Supón que un joven arrastra un bulto de cemento
sobre el piso por medio de una cuerda que forma un
ángulo de 38° con respecto al piso, aplicando una fuerza
de 90 N a través de la cuerda. ¿Cuál es el trabajo
desarrollado si la distancia recorrida es de 15 m?
6. Un caballo arrastra un bulto de cemento sobre el piso,
por medio de una cuerda que forma un ángulo de 42°
con respecto al piso aplicando una fuerza de 180 N a
través de la cuerda. ¿Cuál es el trabajo desarrollado por
el caballo si la distancia recorrida es de 48 metros?
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7. Una grúa eleva una carga de 5 toneladas a rapidez
constante desde el piso hasta una altura de 8 m en un
tiempo de 20 segundos. ¿Cuál es el trabajo realizado por
la grúa y cuál es la potencia desarrollada por la misma?
8. Un elevador de 2400 kilogramos sube hasta una altura
de 20 metros en 1 minuto, con velocidad constante.
a) ¿Qué cantidad de trabajo realiza el motor?
b) ¿Cuál es la potencia del motor en watts?
c) ¿Cuál es la potencia del motor en HP?
9. Un motor produce una fuerza de 450 N sobre la banda
de un transportador y la mueve con una rapidez
constante de 5.5 m/s. ¿Cuál es la potencia media del
motor en a) kW; b) HP?
10. Mientras una camioneta tipo pick up se desplaza
sobre una calle rectilínea con una velocidad de 25 m/s,
cae de ella una caja de madera. La caja recorre una
distancia de 60 m hasta que se detiene por efecto de la
fuerza de fricción. Sabiendo que el coeficiente de fricción
cinética entre la caja y el piso es µk=0.34 y la caja tiene
una masa de 40 kg. ¿Cuál es el trabajo realizado por la
fuerza de fricción al detener la caja?
11. Un auto de 1000kg que no tiene frenos ABS va a una
velocidad de 30m/s, aplica los frenos hasta el fondo y se
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detiene hasta haber recorrido una distancia de 15metros
en pavimento seco. El coeficiente de fricción cinético
entre las llantas y el pavimento es de 0.4, Calcula el
trabajo realizado por la fuerza de fricción para detener el
auto.
12. Un trabajador de la construcción empuja una carga
de 45 kg sobre el piso con una fuerza de 300N a lo largo
de una distancia de 20 m, luego levanta la carga
verticalmente (con velocidad constante) hasta una
plataforma que se encuentra a 1.2 m del piso. Este
trabajo lo realizó en un total de 3 minutos. ¿Cuál es el
trabajo y la potencia total desarrollada por el trabajador?
13. Otro trabajador de la construcción empuja una carga
de 60 kg sobre el piso a lo largo de una distancia de 14
metros aplicando una fuerza de 260 N, luego levanta la
carga verticalmente hasta una plataforma que se
encuentra a 1.2 metros del piso. Este trabajo lo realizó en
un total de 3 minutos. ¿Cuál es el trabajo y la potencia
total desarrollada por el trabajador?
14. Un competidor de halterofilia levanta unas pesas de
160 kg realizando un trabajo de 3760 J. ¿Hasta qué altura
llegó la pesa? Si el atleta tardó 8 segundos en el
levantamiento, ¿cuál fue la potencia que desarrolló?
15. Supón que un joven arrastra un bulto de cemento de
40 kg sobre el piso, por medio de una cuerda que forma
un ángulo de 38° con respecto al piso aplicando una
fuerza de 120 N a través de la cuerda. Si el coeficiente de
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fricción cinética entre el bulto y el suelo es µk = 0.4.
¿Cuál es el trabajo neto desarrollado si la distancia
recorrida es de 22 m?
16. Un niño arrastra un trineo de 10 kg sobre el piso
mediante una cuerda que forma un ángulo de 36° con la
horizontal. Si la fuerza aplicada por el niño es de 60 N y el
coeficiente de fricción cinética entre el trineo y el piso es
de µk = 0.15, determina:
a) El trabajo realizado por cada una de las fuerzas que
actúan sobre el trineo y
b) El trabajo neto o resultante.
17. Una persona arrastra un bulto de 50 kg sobre el piso
por medio de una cuerda que forma un ángulo de 40°
con la horizontal, desplazándolo una distancia de 8 m. Si
la fuerza aplicada por la persona es de 600 N y el
coeficiente de
fricción cinética entre el bulto y el piso es µk=0.3, calcula:
a) El trabajo realizado por cada una de las fuerzas que
actúan sobre el bulto.
b) El trabajo realizado por la fuerza resultante.
18. Se desea levantar un piano de 110 kg hasta una
altura de 1.5 m por medio de un plano inclinado que
forma un ángulo de 30° con la horizontal. Si la fuerza que
se ejerce a través de la cuerda es de 650 N y el
coeficiente de fricción cinética entre la superficie del
plano inclinado y el piano es 0.24, calcular: a) el trabajo
realizado por cada una de las fuerzas que actúan sobre el
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cuerpo; b) el trabajo neto realizado.
19. Se desea subir un bloque de 80 kg a través de una
rampa de 9 m de longitud aplicando una fuerza
constante de 820 N. Si el coeficiente de fricción entre el
bloque y la rampa es µk = 0.25 y el ángulo de inclinación
es de 30°.
a) Calcula el trabajo que realiza cada una de las fuerzas
que actúan sobre el bloque para llevarlo del punto más
bajo al punto más alto.
b) Calcula el trabajo resultante y comprobar que es igual
al trabajo neto realizado por las fuerzas aplicadas.
20. Se desea utilizar una rampa de 3 metros de largo para
subir muebles hasta una plataforma que está a una
altura de 1 metro. El coeficiente de fricción entre los
muebles y la rampa es de µk=0.2, y los muebles tienen
un peso de 100 N. ¿Cuál debe ser la fuerza necesaria
para subir los muebles si el trabajo neto al subirlos es
igual a cero?
21. Un elevador de 720 kg lleva dentro a 6 personas de
70 kg cada una y sube hasta el décimo piso que se
encuentra a una altura de 30 m con respecto al suelo. Si
el elevador tardó 1.5 minutos en realizar el ascenso,
¿cuál es la potencia desarrollada por el mismo?
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22. Calcular la energía cinética de un coyote de 30 kg que
corre tras su presa con una velocidad de 65 km/h.
23. Un autobús de 8500 kg avanza de tal forma que su
energía cinética es de 1.7x106 J. ¿Cuál es su velocidad?
24. Una locomotora de la serie 321 del fabricante Alco
tiene una masa de 111 toneladas y puede alcanzar una
velocidad máxima de 120 km/h. ¿Cuál es la energía
cinética que adquiere la locomotora cuando alcanza esa
velocidad?
25. Un automóvil de 420 kilogramos , arrancando desde
el reposo, alcanza una rapidez de 24 m/s en 10 segundos.
a) ¿Cuál es el cambio en su energía cinética?
b) ¿Cuánto trabajo se realizó sobre él?
26. Calcula la energía cinética que puede alcanzar una
motocicleta Suzuki GSXR 1300 Hayabusa la cual tiene una
masa de 260 kg, el piloto una masa de 80 kg y desarrolla
una velocidad punta de 330 km/h. Compara esta energía
con la de la locomotora del ejemplo anterior
27. Un automóvil de 1200 kg que se mueve en una vía
recta con una velocidad de 12 m/s, acelera hasta
alcanzar una velocidad de 24 m/s. a) ¿Cuál es la energía
cinética del automóvil antes de acelerar?
b) ¿Cuál es la energía cinética del auto al llegar a la
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velocidad final?
c) ¿Cuál es el trabajo realizado durante el cambio de
velocidad?
28. El aeroplano Airbus A380 es el avión comercial más
grande del mundo, con una masa de 421 toneladas.
¿Cuál es la energía potencial de esta nave cuando se
encuentra en pleno vuelo a una altura de 12,000 m?
29. Un elevador y su carga poseen una masa de 1300 kg.
a) ¿Cuál es el cambio en su energía potencial cuando
pasa del 4° piso al 11° piso de un edificio? (suponer que
cada piso tiene una altura de 3m).
b) ¿Cuánto trabajo se realiza en dicho evento?
30. Un elevador de 250 kg que se encuentra en el piso 2
de un edificio recibe una carga de 560 kg y sube al piso
10.
a) ¿Cuál fue el cambio en su energía potencial?
b) ¿Cuál es el trabajo realizado? (Supón que la altura de
cada piso es de 3 metros.)
31. Una roca de 32 kg se encuentra en caída libre y
cuando le faltan 18 m para llegar al piso, su velocidad es
de 49 m/s.
a) ¿Desde qué altura cayó?
b) ¿Con qué velocidad llegará al piso?
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32. Un árbitro lanza una moneda de 38 g verticalmente
hacia arriba con una rapidez de 1.5 m/s.
a) ¿Cuál es la altura máxima que alcanzará la moneda?
b) ¿Cuál es su energía mecánica al llegar a la altura
máxima?
33. Un trineo de 22 kg se desliza desde una rampa
inclinada a 40° de 5 m de largo partiendo del reposo.
Calcular:
a) La energía mecánica del trineo cuando va a la mitad
del recorrido.
b) La velocidad con que llega al nivel más bajo.
34. Un tronco con una masa de 5 kilogramos cae
libremente desde lo alto de una montaña. Cuando se
encuentra a una altura de 50 metros sobre el nivel del
piso, tiene una velocidad de 20 m/s. ¿Cuál es su energía
mecánica en esta posición?
35. Una maceta con una masa de 16 kilogramos cae
desde un tercer piso ubicado a 8 metros de altura.
Contesta lo siguiente:
a) ¿Cuál es su velocidad cuando ha descendido 5 metros?
b) ¿Cuál es su energía cinética al chocar contra el piso?
c) ¿Con qué velocidad llega al piso?
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36. Un péndulo simple consta de una lenteja suspendida
mediante una cuerda, como se muestra en la figura. El
ángulo que forma la cuerda cuando el péndulo alcanza la
posición más extrema es de 40°. Si la masa de la lenteja
es de 0.4 kilogramos y la cuerda tiene una longitud de 1.5
metros, despreciando la fricción del aire, calcula:
a) La velocidad del péndulo en el punto B.
b) Su energía cinética en el punto B.
37. Un péndulo simple tiene una masa de 0.2 kg y la
cuerda que lo sostiene mide 105 cm de largo. Cuando el
péndulo oscila, forma un ángulo máximo de 15° con la
posición central. Calcular la velocidad del péndulo
cuando pasa por dicha posición.
38. En esta figura, considera que la masa de los vagones
junto con las personas a bordo es de 250 kg y la altura en
el punto A es de 20 m. Si en ese punto el vagón parte del
reposo,
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a) ¿cuál es la velocidad en el punto B si la altura en ese
lugar es de 8 m?;
b) ¿cuál es la altura en el punto C si la velocidad del
vagón es de 12.52 m/s?;
c) ¿cuál es la energía mecánica en D?, y
d) finalmente, ¿con qué velocidad llegará el vagón al
punto E?
ACTIVIDAD DE METACOGNICIÓN (Autoevaluación)
Recuerda que la metacognición es una capacidad que debes desarrollar a medida que avanzas en tus estudios. Podemos
compararla a un “diálogo interno” que nos induce a reflexionar sobre qué hacemos, cómo lo hacemos y por qué lo
hacemos.
1. Para esta actividad toma como base los mapas conceptual y mental que elaboraste en las actividades anteriores.
2. Realiza un escrito donde menciones cómo cambió tu concepto de los términos de trabajo, energía, potencia y
Conservación de la Energía. Incluye una reflexión sobre qué tan claros son los conocimientos adquiridos en esta fase, las
dificultades que se te presentaron durante la adquisición de conocimientos y establece metas para mejorar tu
aprendizaje.
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ACTIVIDAD INTEGRADORA (Coevaluación y Heteroevaluación)
Reporte de práctica de laboratorio
Con esta actividad podrás comprender mejor la ley de la conservación de la energía, ya que la verás reflejada de una
manera práctica.
Para mayor información de esta misma práctica consulta, lee y resuelve o contesta tu libro de texto al final de la etapa
3.
Acude al laboratorio de Física de tu escuela a realizar la siguiente práctica: Ley de la conservación de la energía
mecánica.
Propósito:
Verificar la ley de la conservación de la energía mecánica para un cuerpo en caída libre.
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