ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL
La energía
potencial gravitatoria es la que almacenan los cuerpos por encontrarse a
una altura determinada respecto a un nivel cero de referencia.
La fórmula que te
permite calcular la energía potencial gravitatoria que posee un
cuerpo es:
Dónde:
Ep = energía
potencial gravitatoria medida en J.
m = masa medida
en kg.
g = aceleración de
la gravedad medida en m/s2
h = altura medida
respecto al piso (cero de referencia) en m.
Imagina una piedra
en reposo situada sobre tu mesa, a cierta altura sobre el suelo. Cuando la
piedra cae, podría empujar a otro cuerpo, provocando una transformación en
él. Por ejemplo, si cae sobre una canica, podría empujarla y hacer que
comenzara a moverse. No te recomendamos que hagas la prueba dejando caer la
piedra sobre tu pie, pero parece claro que se produciría algún tipo de
transformación... En cualquier caso, lo importante es señalar que cuando la
piedra cae, es la fuerza peso la que hace que la piedra se desplace y
por tanto realiza un trabajo.
ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA
La energía
potencial elástica es energía potencial almacenada como consecuencia
de la deformación de un objeto elástico, tal como el estiramiento de un muelle.
Un cuerpo elástico es
aquel cuerpo deformable que recupera su forma y tamaño originales después de
deformarse *. La deformación de éstos cuerpos es causada por una fuerza externa
que actúa sobre ellos.
Para definir la
energía potencial elástica se introduce el concepto de un resorte ideal, que
es aquel que se comporta como un cuerpo elástico, ejerciendo una fuerza en su
proceso de deformación.
Cuando un resorte
ideal está estirado cierta longitud x (m), éste quiere volver a su longitud y
forma original; es decir, cuando no está estirado. Para intentar lograrlo, el
resorte ejerce una fuerza Fe definida por:
Fe = k*x
Donde k es la
constante de fuerza del resorte, medido en N/m, y x es la deformación del
resorte, medido en m.
FUERZAS CONSERVATIVAS Y NO
CONSERVATIVAS
FUERZAS
CONSERVATIVAS
Para un cuerpo de
masa m que se mueve del punto 1 al 2 y luego del punto 2 al 1.
Una fuerza es
conservativa si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve
en cualquier viaje de ida y vuelta es nulo.
L = 0
Un ejemplo
característico es: si dejamos caer un objeto (no importa su masa) desde una
altura determinada hasta el piso, la energía potencial que éste objeto tiene
almacenada se transformará en energía cinética, perdiendo altura y ganando
velocidad.
½.v²1
|
+
|
g.h1
|
=
|
½.v²2
|
+
|
g.h2
|
0
|
0
|
|||||
g.h1 = ½.v²2
FUERZAS NO CONSERVATIVAS
Para un cuerpo de
masa m que se mueve del punto 1 al 2 y luego del punto 2 al 1.
Una fuerza es no
conservativa si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve
en cualquier viaje de ida y vuelta es distinto de cero.
L ≠ 0
Δ EM ≠ 0
Δ EM = HO
Δ Ec + Δ Ep =
HO
Por ejemplo, si es
el caso que interviene como fuerza no conservativa la fuerza de rozamiento (no
olvidar que ésta fuerza tiene sentido contrario al movimiento), desarrollamos
la ecuación:
Siendo HO = Fr.d
½.m.(v²2 - v²1)
+ m.g.(h2 - h1) = Fr.d
Como la fuerza de
rozamiento actúa sobre la masa del sistema en movimiento:
½.m.(v²2 - v²1)
+ m.g.(h2 - h1) = μ.m.a.d
μ: coeficiente de
rozamiento.
FUERZA Y ENERGÍA POTENCIAL
Una fuerza
conservativa es aquella cuyo trabajo depende únicamente de las posiciones
inicial y final de la partícula y no de la trayectoria que ésta ha descrito
para ir desde la posición inicial a la final.
Una consecuencia de
este hecho es que el trabajo de una fuerza conservativa a lo largo de una
trayectoria cerrada es cero:
Utilizando la descomposición
de Helmholtz una fuerza conservativa puede ser escrita como el gradiente de
una función escalar cambiado de signo:
ENERGÍA POTENCIAL ASOCIADA A
ALGUNAS FUERZAS CONSERVATIVAS
FUERZA
CONSTANTE (PESO)
Cualquier fuerza
constante es una fuerza conservativa. Como ejemplo de fuerza constante
trataremos el peso, es decir, la fuerza gravitatoria cerca de la
superficie de la Tierra.
Como vimos en el
apartado Ejemplos de fuerzas, el peso es una fuerza constante que apunta
hacia el centro de la Tierra. Vectorialmente, el peso es:
FUERZA
DE UN MUELLE
La fuerza de un
muelle viene dada por la ley de Hooke:
Diagramas de energía
La primera etapa de
propagación es la que limita la velocidad del proceso, tiene la mayor energía
de activación. El el diagrama se representan reactivos, productos, intermedios
y estados de transición para la halogenación radicalaria del metano.
En el primer estado
de transición se forma el enlace H-Cl y se rompe el C-H. En el segundo
estado de transición se forma el enlace C-Cl y rompe el Cl-Cl.
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