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Energía mecánica
Teoría
2020 · Extraordinaria · Suplente
1-a
Examen

Se lanza hacia arriba por un plano inclinado con rozamiento un bloque con una velocidad inicial v0v_0.

a) Razone cómo varían: la energía cinética, la energía potencial y la energía mecánica del bloque i) durante el ascenso y ii) durante el descenso hasta la posición de partida.

Dato: g=9,8 m s2g = 9,8 \text{ m s}^{-2}

TrabajoEnergíaRozamiento
a) Razone cómo varían: la energía cinética, la energía potencial y la energía mecánica del bloque i) durante el ascenso y ii) durante el descenso hasta la posición de partida.

Para comprender la variación de las energías, es fundamental identificar las fuerzas que actúan sobre el bloque. En un plano inclinado con rozamiento, las fuerzas son el peso (PP), la normal (NN) y la fuerza de rozamiento (frfr). El peso tiene una componente paralela al plano (PxP_x) y una componente perpendicular (PyP_y). La fuerza de rozamiento siempre se opone al movimiento.

θ=30° m PNfrP·sinθP·cosθ
i) Durante el ascenso:

Durante el ascenso, el bloque se mueve hacia arriba del plano. La fuerza de rozamiento (frfr) y la componente del peso paralela al plano (PxP_x) actúan en dirección opuesta al movimiento, provocando una deceleración.La energía cinética (Ec=12mv2E_c = \frac{1}{2}mv^2): El bloque se lanza con una velocidad inicial v0v_0 y, al moverse hacia arriba contra las fuerzas que se oponen a su movimiento, su velocidad disminuye. Por lo tanto, la energía cinética del bloque disminuye.La energía potencial (Ep=mghE_p = mgh): A medida que el bloque asciende, su altura hh con respecto a un nivel de referencia (como la posición de partida) aumenta. En consecuencia, la energía potencial gravitatoria del bloque aumenta.La energía mecánica (Em=Ec+EpE_m = E_c + E_p): La fuerza de rozamiento es una fuerza no conservativa que realiza un trabajo negativo sobre el bloque durante el ascenso. Este trabajo negativo disipa energía mecánica en forma de calor. Por lo tanto, la energía mecánica del bloque disminuye progresivamente durante el ascenso.

ii) Durante el descenso hasta la posición de partida:

Una vez que el bloque alcanza su altura máxima y comienza a descender, la componente del peso paralela al plano (PxP_x) impulsa el movimiento hacia abajo, mientras que la fuerza de rozamiento (frfr) se opone a este movimiento, actuando ahora hacia arriba del plano.La energía cinética (Ec=12mv2E_c = \frac{1}{2}mv^2): El bloque acelera desde el reposo (en el punto más alto) y su velocidad aumenta mientras desciende. Por lo tanto, la energía cinética del bloque aumenta durante el descenso. Sin embargo, debido a la disipación de energía por el rozamiento durante todo el trayecto (ascenso y descenso), la velocidad al llegar a la posición de partida será menor que la velocidad inicial v0v_0 con la que fue lanzado, y por tanto, su energía cinética al final del descenso será menor que la energía cinética inicial.La energía potencial (Ep=mghE_p = mgh): A medida que el bloque desciende, su altura hh disminuye, volviendo a la altura de la posición de partida. Por lo tanto, la energía potencial gravitatoria del bloque disminuye hasta alcanzar el valor inicial (o cero, si la posición de partida es el nivel de referencia).La energía mecánica (Em=Ec+EpE_m = E_c + E_p): Al igual que en el ascenso, la fuerza de rozamiento es una fuerza no conservativa que realiza un trabajo negativo durante el descenso, disipando más energía mecánica en forma de calor. Por lo tanto, la energía mecánica del bloque continúa disminuyendo durante el descenso. La energía mecánica total del bloque al regresar a la posición de partida será menor que la energía mecánica inicial debido al trabajo total realizado por la fuerza de rozamiento.