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Energia mecanica y potencial

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  • 1r ciclo Energia mecanica y potencial

    Según algunos textos la energía potencial incial de uns sistema de particulas se puede elegir como sea conveniente. Es decir una vez que determinas la energia potencial inicial, la final queda determinada en funcion de esta. De modo que para observadores en diferentes sistemas de referencia inerciales siempre se cumple el teorema de trabajo energia cinética aunque la energia cinetica o potencial no sea la misma,(dado que la posicion y la velociadad de cada uno de estos obseravadores no son magnitudes absolutas).

    Mas tarde pasa a definir la enegia mecanica como la suma de potencial y cinetica. Es comun encontrarse con el tipico problema de conservacion de la energia mecanica. Sea un sistema en el que tenemos una piedra de masa m1 y a una altura h1 respecto de la tierra, la tierra de masa m2, si sobre el sistema no actuan fuerzas externas el trabajo total que el entorno realiza sobre el sistema 0.

    Lo que no entiendo es, si consideramos el sistema antes mencionado en los libros aplican directamente la conservacion de la energia mecánica. \Delta{}E_m=0. Pero aqui solo consideran variacion de la energia cinetica y potencial de la piedra. Yo creo que se deberia de incluir tambien la energia potencial y cinetica de la tierra (Por favor, corrijanme si me equivoco). Porque claro luego esta la tipica pregunta de que velocidad tenia la piedra cuando a descendido una altura h.

    Yo creo que lo que se deberia aplicar es el teorema del trabajo energia en su forma \Delta K=W_{Total}. Considerar como que lo unico que esta dentro del sistema es la piedra tomando a la tierra como un elmento de su entorno. De modo que en ausencia de fuerzas distintas a la gravitatoria, la unica que realiza trabajo es la gravitatoria. Entonces desde mi punto de vista es licido usar \Delta{K}=W_{gravedad}=-\Delta{U}. Para mas tarde tener \Delta{K}+\Delta{U}=\Delta{E_{m}}=0.(Esta parte me genera duda ya que suelo tomar lo que ponen los libros como cierto, y pienso que tal vez he interpretado mal algo.)

    Sin embargo si incluimos dentro del sistema a la tierra, yo creo que se deberia considerar la posicion de la tierra y de la piedra respecto a un origen (desde mi punto de vista el mas indicado es el centro de masas.) y aunque la tierra se mueva a una velocidad muy pequeña (por tercera ley de Newton sufre la misma fuerza atractiva que la piedra en sentido opuesto y al temer una masa muchisimo mayor su aceleracion es inversamente proporcional a su masa.). De modo que no me parece correcto aplicar directamente \Delta{E_{m}}=0.(opienen respecto a esto!!!!).

    Por otro lado, tengo la duda de que si opto por este metodo no se que energia potencial incial tomar. Me explico, si a nuestro sistema tierra, piedra, le añadimos un resorte o muelle. i este al principio esta comprimido una longitud \Delta{l}, entonces segun lo que supuse antes yo tengo la libertad de decir que su energia potencial elastica al principio es 0 y que cuando vuelve al equilibrio es otra distinta de 0. Sin embargo la piedra sigue estando a una altura h y en consecuencia tiene una energia potencial gravitatoria asociada. Mi pregunta es ¿Tengo la libertad de poner a cada energia potencial incicial el valor que yo quiera?(Esto lo veo poco probable) ¿o tal vez el unico valor de energia potencial incial al que le puedo dar cualquier valor es a la energia potencial incial del sistema es decir considerar una energia potencial total cuyo valor seria una constante "Q" que es igual a la suma de la energia potencial inicial elastica y gravitatoria?

  • #2
    Re: Energia mecanica y potencial

    Antes de entrar con tus dudas, he de decirte que para que se vean las fórmulas has de ponerlas dentro de las etiquetas [TEX ][/TEX] (sin el espacio que he dejado, que solo lo he hecho para que se vieran las etiquetas).

    Primero. Lo de incluir la energía de la Tierra cuando estás estudiando el caso de una piedra volando (por ejemplo) es erróneo por un motivo: una de las hipótesis que haces en este tipo de problemas es poner tu sistema de referencia en la Tierra. Tu sistema a estudiar es la piedra, no el sistema piedra-Tierra. Eso sí, nadie te prohíbe coger como sistema de referencia el Sol y resolver tu problema, pero te complicarías la vida innecesariamente.

    Segundo. En pocas palabras, puedes poner el origen de la energía potencial donde te de la gana. Cuando haces esto lo que haces en realidad es elegir el origen (el cero) de tu sistema. Eso sí, piensa que según donde lo pongas el problema puede ser más complicado. Por eso siempre se toma el más fácil para trabajar o el que te marca el sentido común. También has de tener en cuenta que una vez eliges el origen, no lo puedes cambiar (a no ser que otro apartado de tu problema te hable de algo completamente diferente, pero generalmente todos hacen referencia a un mismo fenómeno).

    Finalmente, dices que tienes dudas en la parte de la conservación de la energía mecánica (). ¿Exactamente donde tienes la duda? Como comprenderás este es un tema del que se pueden escribir libros, así que agradecería que concretases un poco más tu duda.

    Espero haberte ayudado.

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    • #3
      Re: Energia mecanica y potencial

      Escrito por Weip Ver mensaje
      Primero. Lo de incluir la energía de la Tierra cuando estás estudiando el caso de una piedra volando (por ejemplo) es erróneo por un motivo: una de las hipótesis que haces en este tipo de problemas es poner tu sistema de referencia en la Tierra. Tu sistema a estudiar es la piedra, no el sistema piedra-Tierra. Eso sí, nadie te prohíbe coger como sistema de referencia el Sol y resolver tu problema, pero te complicarías la vida innecesariamente.
      Antes de nada gracias, no sabia como meter las formulas (estoy acostumbrado a usar $$ en cada formula con latex)

      Vale según tu explicacion la primera parte de mi duda me ha quedado clara. Sin embargo, ¿Se deberia de calcular entonces la energia potencial de la tierra y de la piedra en caso de tomar como punto de referencia por ejemplo el sol?. Segun pienso el razonamiento que hice antes es erroneo porque como bien me remarcas no cumplo con la hipotesis inicial que es que la tierra no se mueve respecto de si misma.

      En cuanto a la energia potencial incial del sistema me gustaria saber si tienes la libertad de elegir como 0 la energia potencial incial del sistema, es decir, la suma de las energias potenciales ya sean electricas, gravitatorias, elastica.... o tienes solo la libertad de elegir un valor determinado para cada una de las energias potenciales. Esta duda me surje a raiz de un ejercicio: Un tipo que esta en lo alto de un puente a una altura h se tira desde el puente, el tipo tiene una cuerda amarrada de fuerza elastica F=kx.... el problema pedia hallar cual era el valor de la constante a partir de otros datos, sin embargo esto me dio que pensar, podia considerar que al principio la suma de la energis potencial elastica y la gravitatoria era 0 o cualquier otra constante(la cuerda al pricipio no esta estirada) y que el sistema estaba en equilibrio. Pero me preguntaba si era lo mismo que considerar que la energis potencial gravitatoria vale k y la energis potencial elastica al principio vale f. Tambien me preguntaba donde deberia situar al observador es decir si lo situaba en lo alto del puente y tomaba la energis potencial gravitatoria como 0, cual deberia ser la energis potencial elastica cuando la cuerda se habia estirado debido a que sostiene al tipo.

      Mi duda respecto a la conservacion de la energis mecánica consistia en saber si dado que puedes elegir cualquier valor para la energia potencial inicial y E_mecanica=K+U, si puedes tomar cualquier valor para la energia mecanica en un sistema en el que no actuan fuerzas externas. No es un valor definido de forma univoca para cualquier observador, depende de la energis potencial que consideres en tu sistema.

      Comentario


      • #4
        Re: Energia mecanica y potencial

        Sí, si lo hicieras desde el Sol tendrías que tomar en cuenta el sistema piedra-Tierra, ya que entonces hay cambios, como por ejemplo la velocidad de la piedra (se mueve con la Tierra, así que irá a una velocidad mucho más elevada que si lo vieras desde el sistema de referencia de la Tierra).

        Respecto a la elección del origen de la energía potencial, has de elegir el mismo origen para todas. Piensa que todas dependen de la posición así que no puedes elegir el cero en un sitio y otro cero en otro, te saldrían resultados erróneos al considerar más de una energía potencial.

        Finalmente, no sé si he acabado de entender tu duda, pero la energía mecánica también depende del origen que elijas, por las mismas razones que por la energía potencial. La energía es lo que tiene: depende del sistema de referencia que elijas. Es muy importante este detalle.

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