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2021 · Ordinaria · Suplente
A.2-a
Examen
a) Razone la veracidad de las siguientes afirmaciones: i) Es necesario que la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo sea nula para que la energía mecánica se conserve. ii) Cuando sobre un cuerpo actúan solo fuerzas conservativas se conserva la energía mecánica.
Energía mecánicaFuerzas conservativas
a) Razone la veracidad de las siguientes afirmaciones:i) Es necesario que la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo sea nula para que la energía mecánica se conserve.

Esta afirmación es FALSA.La condición para que la energía mecánica (Em=K+UE_m = K + U) de un sistema se conserve es que el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas sea nulo. Es decir, si Wnc=0W_{nc} = 0, entonces la energía mecánica se conserva.

Wnc=ΔEm=ΔK+ΔUW_{nc} = \Delta E_m = \Delta K + \Delta U

Para que la energía mecánica se conserve, no es necesario que la resultante de todas las fuerzas sea nula. Un contraejemplo es un objeto que cae en el vacío. La única fuerza que actúa es el peso (una fuerza conservativa). La resultante de las fuerzas no es nula (Fres=mg0\vec{F}_{res} = m\vec{g} \neq 0), ya que el objeto acelera. Sin embargo, la energía mecánica se conserva porque no actúan fuerzas no conservativas.Otro ejemplo es un bloque deslizándose por un plano inclinado sin rozamiento. La fuerza normal y el peso actúan sobre el bloque. La resultante de las fuerzas no es nula (el bloque acelera), pero la energía mecánica se conserva, ya que la fuerza normal no realiza trabajo y el peso es una fuerza conservativa.

ii) Cuando sobre un cuerpo actúan solo fuerzas conservativas se conserva la energía mecánica.

Esta afirmación es VERDADERA.Según el principio de conservación de la energía mecánica, el cambio en la energía mecánica de un sistema es igual al trabajo realizado por las fuerzas no conservativas. Matemáticamente, esto se expresa como:

Wnc=ΔEmW_{nc} = \Delta E_m

Si sobre un cuerpo actúan "solo fuerzas conservativas", significa que no hay fuerzas no conservativas realizando trabajo (Wnc=0W_{nc} = 0). En este caso, el cambio en la energía mecánica será nulo, lo que implica que la energía mecánica se mantiene constante (se conserva).

Si Wnc=0    ΔEm=0    Em,final=Em,inicial\text{Si } W_{nc} = 0 \implies \Delta E_m = 0 \implies E_{m,final} = E_{m,inicial}