Energía potencial

P7.6. ¿Energía perdida? El principio de conservación de la energía nos dice que la energía nunca se pierde, tan sólo cambia de una forma a otra. Sin embargo, en muchas situaciones cotidianas, parece que se pierde energía. En cada caso, explique qué le ocurre a la energía “per- dida”. a) Una caja que se desliza por el piso se detiene a causa de la fricción. ¿De qué manera la fricción se lleva su energía cinética, y que le sucede a tal energía? b) Un automóvil se detiene cuando usted aplica los frenos. ¿Qué le ocurre a su energía cinética? c) La resistencia del aire “consume” algo de la energía potencial gravitacional de un objeto que cae. ¿En qué tipo de energía se convirtió la energía potencial “per- dida”? d) Cuando un transbordador espacial que regresa toca tierra, ha perdido casi toda su energía cinética y su energía potencial gravitacio- nal. ¿A dónde se fue toda esa energía?

El estudio del trabajo, potencia y energía en la física, es uno de las temáticas fundamentales que debe de saber el estudiante que quiera seguir estudios, en carreras afines, ya que estos conceptos claves le servirán, la fácil comprensión de temas que se abordaran en cursos avanzados de la física. Estos contenidos son muy importantes para la comprensión de fenómenos que pasan diariamente en nuestras vidas, que a veces las pasamos por alto, sin preguntar cuál es el significado o explicación físico. Como son el caso de, él porque nos encontramos sujetos a este planeta.

b) El pasado 20 de julio se cumplieron 50 años de la primera llegada del ser humano a la Luna. Un vez acabada su misión sobre la superficie de nuestro satélite, Neil Armstrong y Edwin Aldrin tuvieron que volver al módulo de mando situado en una órbita a unos 115 km sobre ellos. Determina el trabajo que realizaron los motores del módulo lunar (2200 kg) para situarlo en esa órbita. Halla la energía potencial gravitatoria del módulo sobre la superficie de la Luna. (CE 1.4)

Si la carga de prueba qo es positiva, U es negativa. Esto significa que una carga de prueba positiva perderá energía potencial eléctrica cuando se mueva en la dirección del campo eléctrico. Es análogo a cuando una masa pierde energía potencial gravitacional al perder altura debido a la gravedad. Si la carga de prueba se abandona desde el reposo en este campo eléctrico, experimentará una fuerza eléctrica qo E en la dirección de E . Por lo tanto es acelerada hacia la derecha, ganando energía cinética. Así, la energía cinética ganada es igual a la energía potencial perdida.

De la definición de campo conservativo se deducen dos propiedades: 2.- El trabajo que realiza la fuerza puede expresarse como la variación de cierta magnitud escalar entre los puntos inicial y final. Esta magnitud recibe el nombre de ENERGÍA POTENCIAL.

Hemos visto que los objetos biomecánicos pueden realizar trabajo para ganar una energía potencial que posteriormente puede Hemos visto que los objetos biomecánicos pueden realizar trabajo para ganar una energía potencial que posteriormente puede ser reinvertida en otro trabajo o energía potencial. La característica fundamental de estos sistemas conservativos es que la energía potencial de un objeto depende exclusivamente de su posición relativa en el sistema de fuerzas y no del camino seguido para alcanzar dicha posición.

“Érase una vez un joule llamado “ JulitoÓ. Vivía , en forma de energía potencial gravitatoria, en un represa. Un día fue arrastrado al conducto que lo llevó hasta la planta generadora al pie de la represa .Llegó allí a gran velocidad y se dio cuenta que se había transformado en…………………………………………………………….. Pero, casi de inmediato, fue introducido a una de las grandes turbinas acopladas

Siendo este trabajo negativo el proceso no es “espontáneo”, la energía potencial del sistema ha aumentado (se ha hecho menos negativa). Para realizar esta transformación (cambio de posición) es necesario realizar un trabajo externo que supere la fuerza gravitatoria y cuyo valor es igual al trabajo calculado pero cambiado de signo.

5 Inicialmente el objeto tiene energía potencial por encontrarse a una cierta distancia del centro de la Tierra y la energía cinética que se le confiere en el lanzamiento. A medida que asciende va disminuyendo su energía cinética y aumentando la potencial, ya que el campo gravitatorio es conservativo. Cuando llegue al punto de máxima altura, su energía cinética será nula y su energía potencial máxima.

Toda fuerza conservativa tienen asociada una energía potencial. La energía potencial es energía almacenada por un objeto en espera de ser utilizada. Se dice que un cuerpo en ese estado tiene un potencial almacenado para hacer trabajo. Un cuerpo con energía potencial va a efectuar trabajo a menos que algún otro agente se lo impida. Para las fuerzas consideradas se habla de:

Actividad 8 Un muelle de constante recuperadora 150 N/m está comprimido por una masa de 3’8 kg. Calcula lo que se halla comprimido el muelle y la energía potencial elástica que adquiere la masa por el muelle. Si el muelle se suelta la masa sube hasta una altura de 12,3 cm sobre el punto mas bajo. Halle: lo que se ha comprimido el muelle y la energía potencial elástica que ha adquirido el muelle. ¿Dé donde ha obtenido el muelle dicha energía potencial?. Solución: 24’8 cm y 4’6 J.

De los análisis realizados al parámetro viento, medido a 10 metros, y las estimaciones realizadas a 30, 60 y 80 metros, utilizando la ley exponencial de Hellmann y el método de distribución de Weibull, se verificó que existe un potencial para mover un generador de baja potencia para la producción de energía eólica. Con respecto a la radiación solar, según los promedios mensuales y los máximos registrados en el lugar de estudio, se determinó que existe el potencial para la generación de energía eléctrica. Estos valores están determinados en menor o mayor potencial según la temporada y la influencia de fenómenos meteorológicos que se presentan en Honduras.

 El cambio en la energía libre (Delta G) (Gibbs El cambio en la energía libre (Delta G) (Gibbs ) ) Corresponde a la parte del cambio en la energía total de Corresponde a la parte del cambio en la energía total de un sistema disponible para realizar trabajo (energía útil) un sistema disponible para realizar trabajo (energía útil)

Las pruebas mostraron que los potenciales artificiales pueden obtener resultados sim- ilares a los obtenidos por métodos clásicos exactos. El comportamiento del robot se vio sensiblemente influido por los valores de las constantes de sintonización del controlador y por el orden de la función potencial. Los valores requeridos para la estabilidad en cada or- den son significativamente diferentes y su ajuste manual es complicado. Como se esperaba, el incremento en el valor de las constantes reduce el error estacionario. El aumento en el orden de la función potencial lleva a generar rápidas y cortas aceleraciones cuando se tienen grandes errores y a su vez obtiene un comportamiento muy suave una vez reducidos los errores. Se llegó a la conclusión que en la configuración experimental usada, un potencial de tercer orden como el de la Ecuación (2.22) tiene mucho mejor comportamiento que uno de primer o segundo orden. Se probó brevemente con funciones de cuarto orden pero no se notó una diferencia significativa. Se utilizó el controlador de potencial artificial como piloto en conjunto con el navegador y el planeador de misión. También podría ser usado en solitario por lo que no se caracterizaron por completo sus formas de utilización en esta investigación,

o Si bien la adquisición, acondicionamiento y visualización de las variables de interés cumple con las necesidades del sistema, vemos que se presenta un pequeño retardo al momento de visualizar los cambios de las variables, debido principalmente a la cantidad de localidades MODBUS que deben ser leídas tanto por el COM1 como por COM2, además de las múltiples SubVI’s que se están ejecutando al mismo tiempo, lo que hace que el computador realice varios procesos a la vez, reflejándose esto en un alto rendimiento del PC; este retardo tal vez no nos permitan monitorear las variables en un tiempo real tan preciso, pero cumple con los requerimientos para un estudio y monitoreo de potencial eólico, pues el retardo podría considerarse imperceptible.

La solución a este problema reside en la sustitución de las energías convencionales (petróleo, carbón, gas natural o biomasa) y cualquier energía basada en la combustión de materia orgánica, por energías limpias, asumiendo como tales las energías susceptibles de ser explotadas sin emisiones de CO 2 ni otros componentes contaminantes.

Según narran los antiguos historiadores, en el año 212 a. C., a petición del rey Herón, Arquímedes quemó las naves romanas que sitiaban la ciudad de Siracusa. Para llevar a cabo tal hazaña, Arquímedes utilizó varios espejos planos o tal vez escudos reflejantes que en conjunto formaban un gran espejo cóncavo, pues en esa época ya se utilizaban espejos pulidos de plata y cobre para concentrar la luz del Sol. Un espejo cóncavo sería, por ejemplo, el que tiene el faro de un automóvil. Este tipo de espejo, cuando posee la forma de un paraboloide de revolución, tiene la propiedad de que todos los rayos luminosos que inciden sobre él desde cualquier dirección se concentran en un punto: el foco del espejo. De esta forma, mediante la concentración de la energía de los rayos solares se logra alcanzar altas temperaturas y, quizá, como Arquímedes, incendiar grandes objetos. También Euclides, en sus trabajos de óptica, menciona que es posible obtener temperaturas elevadas mediante un espejo cóncavo, y Filón de Bizancio aprovechó el calor del Sol en un termoscopio (antecedente del termómetro), que consiste en un termómetro rudimentario, que indica la diferencia de temperatura sin precisar su magnitud.

Si consideramos un cuerpo como un todo y que no hay intercambios de calor con el medio, entonces en la ecuación ΔU = Q – W el calor intercambiado es cero y las variaciones de la energía total del cuerpo sólo pueden ser variaciones de energía mecánica.

Igual que un actor que aparece con diferentes disfraces, en el ejemplo que acabamos de ver la energía ha sufrido una serie de transformaciones: la química o eléctrica se convierte en cinética y después en potencial. Energía cinética y potencial, componen juntas lo que se conoce por energía mecánica , la más común y conocida desde hace más tiempo por sus manifestaciones. El hombre utilizó al principio su propio cuerpo, aprendiendo después a multiplicar y diversificar su esfuerzo por medio de herramientas y máquinas. Con el tiempo, fue capaz de dominar y utilizar cantidades cada vez más importantes de energía, a través del abanico de sus múltiples metamorfosis. Siempre que se efectúa un trabajo, la energía pasa de una forma a otra .

Económicamente hemos realizado un análisis de costos que aminoran ampliamente los gastos que se realizan para el pago de facturas por concepto de servicios como el del uso de la energía eléctrica. Como hemos mencionado anteriormente el 35% de energía sería abastecido por el Sistema Autónomo que estamos planteando de tal manera que ahorraríamos en esa misma proporción. Es decir, la Universidad dejaría de pagar un promedio del 35% de la factura por fluido eléctrico a consecuencia de la instalación y ejecución de este sistema autónomo. La condición elemental para que este sistema funcione en forma óptima es que la iluminación interna y externa se cambie a luminarias tipo LED de tal manera que con bajas tensiones el sistema autónomo pueda funcionar óptimamente. De lo contrario no tendríamos más que una eficiencia parcial.