Tornar a la portadaFísica i Química · 4t ESO B · Canviar d'assignatura
Començar gratis
ESO 4tB · Física i Química
L'energia · Treball i energia mecànica

Energia cinètica i energia potencial

Ja coneixes de 3r les fórmules $E_c = \frac12 m v^2$ i $E_p = m g h$. A la via acadèmica el focus és manejar-les amb precisió: treballar sempre en unitats del Sistema Internacional, aïllar qualsevol magnitud de l'equació, i entendre per què la dependència quadràtica amb la velocitat té conseqüències tan grans en accidents de trànsit o en el disseny de parcs d'atraccions.

Et convé dominar: Canvi d'unitats (2n d'ESO)
Et convé dominar: Equacions de primer grau (2n d'ESO)

Energia cinètica: l'energia del moviment

Si reps una pilota medicinal que rodola a poc a poc, la frenes amb facilitat, però si t'arriba a gran velocitat costa molt aturar-la encara que la seva massa sigui la mateixa: de quins factors depèn l'energia que acumula un cos pel fet de desplaçar-se?

Esquema d'un cos de massa m que avança amb velocitat v sobre una superfície, al costat de la fórmula de l'energia cinètica Ec = ½·m·v² m v Ec = ½·m·v² m en kg · v en m/s · Ec en J
Practica★☆☆Sense començar
L'energia cinètica es calcula com a $E_c = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2$. Una pilota de voleibol de $0,3\ \text{kg}$ arriba a les mans de la jugadora a…

L'energia cinètica es calcula com a $E_c = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^2$. Una pilota de voleibol de $0,3\ \text{kg}$ arriba a les mans de la jugadora a $24\ \text{m/s}$. Calcula la seva energia cinètica.

Resoldre
Practica★★★Sense començar
El teu company calcula l'energia cinètica d'un cotxe de $1000\ \text{kg}$ que circula a $90\ \text{km/h}$ substituint $v = 90$ a la fórmula, i obté $4050000\ \text{J}$.…

El teu company calcula l'energia cinètica d'un cotxe de $1000\ \text{kg}$ que circula a $90\ \text{km/h}$ substituint $v = 90$ a la fórmula, i obté $4050000\ \text{J}$.

  1. a) Quin error ha comès?
  2. b) Calcula tu correctament l'energia cinètica, passant primer la velocitat a $\text{m/s}$.
  3. c) Explica per què és obligatori treballar sempre en unitats del Sistema Internacional.
Resoldre

Energia potencial gravitatòria

Esquema d'un cos de massa m sobre una plataforma a una altura h del terra, amb la fletxa del pes cap avall (g) i la fórmula de l'energia potencial gravitatòria Ep = m·g·h Nivell de referència (terra) h m P = m·g Ep = m·g·h g = 9,8 m/s² a la Terra
Practica★☆☆Sense començar
L'energia potencial es calcula com a $E_p = m \cdot g \cdot h$. Un llum de $3\ \text{kg}$ penja del sostre a $2,5\ \text{m}$ de terra (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$).…

L'energia potencial es calcula com a $E_p = m \cdot g \cdot h$. Un llum de $3\ \text{kg}$ penja del sostre a $2,5\ \text{m}$ de terra (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$). Calcula la seva energia potencial.

Resoldre
Practica★★★Sense començar
Una astronauta aixeca una roca de $20\ \text{kg}$ fins a $1,5\ \text{m}$ d'alçària, primer a la Terra ($g = 9,8\ \text{m/s}^2$) i després a Mart (…

Una astronauta aixeca una roca de $20\ \text{kg}$ fins a $1,5\ \text{m}$ d'alçària, primer a la Terra ($g = 9,8\ \text{m/s}^2$) i després a Mart ($g = 3,7\ \text{m/s}^2$).

  1. a) Calcula l'energia potencial que guanya la roca a cada planeta.
  2. b) On «costa» més aixecar-la? Justifica-ho amb els resultats.
  3. c) Ha canviat la massa de la roca en viatjar a Mart? I el seu pes?
Resoldre

L'energia mecànica: suma de les dues

En una muntanya russa, els vagons pugen lentament fins al cim més alt i després baixen a tota velocitat cap al terra: com es combinen a cada punt l'altura acumulada i la rapidesa del moviment?

Un ultralleuger de 300 kg vola a 500 m d'altura amb una velocitat de 40 m/s, per la qual cosa té energia cinètica i potencial alhora altura terra (h = 0) h = 500 m v = 40 m/s Ec + Ep ultralleuger: m = 300 kg
Practica★☆☆Sense començar
Completa la frase amb les paraules que falten: «L'energia mecànica d'un cos és la $\dots$ de la seva energia $\dots$ i de la seva energia $\dots$». Posa després un…

Completa la frase amb les paraules que falten: «L'energia mecànica d'un cos és la $\dots$ de la seva energia $\dots$ i de la seva energia $\dots$». Posa després un exemple d'un cos que tingui totes dues alhora.

Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Un falcó pelegrí de $1\ \text{kg}$ es llança en picat a $60\ \text{m/s}$ quan es troba a $500\ \text{m}$ d'alçària, mentre un colom de $0,4\ \text{kg}$ vola a…

Un falcó pelegrí de $1\ \text{kg}$ es llança en picat a $60\ \text{m/s}$ quan es troba a $500\ \text{m}$ d'alçària, mentre un colom de $0,4\ \text{kg}$ vola a $20\ \text{m/s}$ a $100\ \text{m}$ d'alçària (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$), com es mostra a la figura.

falcó · 1 kg v = 60 m/s 500 m Em = ? colom · 0,4 kg v = 20 m/s 100 m Em = ?
  1. a) Calcula l'energia cinètica i l'energia potencial de cada ocell.
  2. b) Quin té més energia mecànica total?
Resoldre
Practica★★★Sense començar
Un ultralleuger de $300\ \text{kg}$ vola a $500\ \text{m}$ d'alçària amb una velocitat de $40\ \text{m/s}$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$). a) Calcula la seva energia…

Un ultralleuger de $300\ \text{kg}$ vola a $500\ \text{m}$ d'alçària amb una velocitat de $40\ \text{m/s}$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

  1. a) Calcula la seva energia cinètica.
  2. b) Calcula la seva energia potencial.
  3. c) Quina és la seva energia mecànica total?
  4. d) Si descendeix fins a $200\ \text{m}$ mantenint la mateixa velocitat, quanta energia mecànica perd? On creus que va a parar?
Resoldre

La velocitat al quadrat: per què duplicar v multiplica Ec per 4

Dues barres comparen l'energia cinètica: amb velocitat v la barra mesura una unitat (Ec) i amb velocitat 2v mesura quatre unitats (4·Ec), perquè l'energia depèn de v al quadrat Ec v 4·Ec 2v ×2 en v ×4 en Ec
Practica★☆☆Sense començar
Un esquiador de $80\ \text{kg}$ baixa per una pista a $12\ \text{m/s}$. Quina és la seva energia cinètica?

Un esquiador de $80\ \text{kg}$ baixa per una pista a $12\ \text{m/s}$. Quina és la seva energia cinètica?

Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Un gat de $4\ \text{kg}$ està assegut a dalt d'un mur i la seva energia potencial respecte de terra és de $196\ \text{J}$ (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$). Quina alçària…

Un gat de $4\ \text{kg}$ està assegut a dalt d'un mur i la seva energia potencial respecte de terra és de $196\ \text{J}$ (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$). Quina alçària té el mur?

Resoldre
Practica★★★Sense començar
Un cotxe de $1200\ \text{kg}$ circula a $20\ \text{m/s}$. a) Calcula la seva energia cinètica. b) Una moto amb el seu pilot suma $300\ \text{kg}$ i porta la mateixa…

Un cotxe de $1200\ \text{kg}$ circula a $20\ \text{m/s}$.

  1. a) Calcula la seva energia cinètica.
  2. b) Una moto amb el seu pilot suma $300\ \text{kg}$ i porta la mateixa energia cinètica: a quina velocitat circula?
  3. c) Explica, utilitzant la fórmula, per què en tenir la quarta part de massa li correspon just el doble de velocitat.
Resoldre

Aïllar magnituds a les fórmules d'energia

Una pilota lleugera i ràpida i una atleta pesada i lenta tenen la mateixa energia cinètica; d'Ec = ½mv² s'aïllen v i m Ec = ½mv² v = 40 m/s v = 3 m/s 0,45 kg 80 kg Ec = 360 J aïllar = v = √(2Ec/m) m = 2Ec/v²
Practica★★★Sense començar
Una pilota de futbol de $0,45\ \text{kg}$ surt botant a $40\ \text{m/s}$. a) Calcula la seva energia cinètica. b) A quina velocitat hauria de córrer una atleta de…

Una pilota de futbol de $0,45\ \text{kg}$ surt botant a $40\ \text{m/s}$.

  1. a) Calcula la seva energia cinètica.
  2. b) A quina velocitat hauria de córrer una atleta de $80\ \text{kg}$ per tenir la mateixa energia cinètica? Aïlla primer la velocitat.
Resoldre
Practica★★★Sense començar
Un helicòpter de rescat de $3000\ \text{kg}$ ascendeix de $100\ \text{m}$ a $300\ \text{m}$ d'alçària mantenint una velocitat constant de $20\ \text{m/s}$ (pren…

Un helicòpter de rescat de $3000\ \text{kg}$ ascendeix de $100\ \text{m}$ a $300\ \text{m}$ d'alçària mantenint una velocitat constant de $20\ \text{m/s}$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

  1. a) Calcula la seva energia cinètica: canvia durant l'ascens?
  2. b) Calcula l'energia potencial que guanya.
  3. c) Com canvia la seva energia mecànica? D'on surt aquesta energia?
Resoldre

Torna al principi: En un accident de trànsit, duplicar la velocitat quadruplica l'energia cinètica que s'ha de dissipar en el xoc ($2^2 = 4$), de manera que la distància de frenada i els danys de l'impacte es multipliquen dràsticament.

Resum

Veure tots els exercicis d'aquest apartat