Transformaciones y conservación de la energía

Se desprende una manzana de un árbol y cae al suelo, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué le ocurre a su energía potencial durante la caída?
2. b) ¿Y a su energía cinética?
3. c) Explica la transformación de energía que tiene lugar.

Un columpio se balancea entre dos alturas máximas y pasa por el punto más bajo en medio, como se muestra en la figura.

1. a) ¿En qué punto del recorrido es máxima su energía potencial?
2. b) ¿Dónde es máxima su energía cinética? Razona ambas respuestas.

Una canica sube rodando por una rampa de juguete y se para antes de llegar al final.

1. a) ¿Qué le ocurre a su energía cinética mientras sube? ¿Y a su energía potencial?
2. b) Explica la transformación de energía que tiene lugar.

Un bloque de $1\ \text{kg}$ cae desde $10\ \text{m}$ de altura sin rozamiento (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tiene arriba?
2. b) Si la energía mecánica se conserva, ¿qué energía cinética tendrá al llegar al suelo?

Una pelota de $2\ \text{kg}$ cae desde $5\ \text{m}$ de altura sin rozamiento (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial pierde durante la caída?
2. b) ¿Qué energía cinética gana?
3. c) ¿Con qué velocidad llega al suelo?

Una niña de $30\ \text{kg}$ se deja caer desde lo alto de un tobogán de $7,2\ \text{m}$ de altura, sin rozamiento (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tiene arriba?
2. b) ¿Con qué velocidad llega abajo?

Una rama seca de $0,5\ \text{kg}$ se desprende de un árbol a $20\ \text{m}$ de altura y cae sin rozamiento apreciable (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tiene al desprenderse?
2. b) Si la energía mecánica se conserva, ¿qué energía cinética tendrá al llegar al suelo?
3. c) ¿Con qué velocidad llegará?

Un vagón de montaña rusa de $200\ \text{kg}$ parte del punto más alto, a $30\ \text{m}$, y pasa por un valle situado a $10\ \text{m}$ de altura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, sin rozamiento).

1. a) ¿Cuánta energía potencial ha perdido?
2. b) ¿Cuánta energía cinética ha ganado? Explica qué principio has usado.

Lanzas verticalmente hacia arriba una pelota de $0,2\ \text{kg}$ con una velocidad de $15\ \text{m/s}$, como se muestra en la figura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, sin rozamiento).

1. a) ¿Qué energía cinética tiene al salir de tu mano?
2. b) ¿Qué altura máxima alcanzará? Plantea la conservación de la energía.

Un paquete de $2\ \text{kg}$ cae de un helicóptero que está quieto a $45\ \text{m}$ de altura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, sin rozamiento), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué energía potencial tiene el paquete al empezar a caer?
2. b) ¿Con qué velocidad llega al suelo?
3. c) Cuando ha recorrido la mitad de la caída, ¿cuánta energía potencial le queda y cuánta energía cinética lleva?

Un vagón de montaña rusa de $100\ \text{kg}$ baja desde una cima de $30\ \text{m}$ y después intenta subir una colina de $25\ \text{m}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, sin rozamiento), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Conseguirá superar la colina? Justifícalo comparando energías potenciales.
2. b) ¿Con qué velocidad pasará por la cima de la colina?
3. c) ¿Qué ocurriría si la colina midiera $35\ \text{m}$?

Al frenar una bicicleta en bajada, las pastillas de freno se calientan.

1. a) ¿En qué se ha transformado la energía cinética que llevaba la bicicleta?
2. b) ¿Se ha destruido esa energía? Explica qué dice el principio de conservación de la energía.

Una bola de petanca rueda por el césped y acaba parándose.

1. a) ¿Se conserva su energía mecánica?
2. b) ¿En qué se ha transformado su energía cinética inicial?
3. c) ¿Se ha destruido esa energía? Explica qué dice el principio de conservación de la energía.

Una pelota de $0,4\ \text{kg}$ se deja caer desde $2\ \text{m}$, rebota en el suelo y solo vuelve a subir hasta $1,5\ \text{m}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Se ha conservado su energía mecánica?
2. b) ¿Cuánta energía ha perdido en el rebote?
3. c) ¿En qué se ha transformado esa energía perdida?

Un paquete de $2\ \text{kg}$ baja por una rampa metálica desde $3\ \text{m}$ de altura y llega abajo a $6\ \text{m/s}$, como se muestra en la figura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tenía arriba?
2. b) ¿Qué energía cinética tiene al llegar abajo?
3. c) ¿Se ha conservado la energía mecánica? Calcula la energía disipada y explica dónde ha ido a parar.

Una caja de $5\ \text{kg}$ se desliza por el suelo de una cocina con una velocidad inicial de $4\ \text{m/s}$ y se para por el rozamiento, que vale $8\ \text{N}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué energía cinética tenía al empezar a deslizar?
2. b) El rozamiento realiza un trabajo negativo que consume toda esa energía: calcula la distancia que recorre antes de pararse.

Un bloque de $3\ \text{kg}$ baja deslizando por una rampa de $2\ \text{m}$ de altura y después se arrastra por el suelo horizontal $4\ \text{m}$, hasta pararse por completo, como se muestra en la figura (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tenía arriba?
2. b) Razona por qué toda esa energía acaba disipándose por el rozamiento.
3. c) Suponiendo que casi toda se disipa en el tramo horizontal, calcula la fuerza de rozamiento media que frena el bloque.

En un parque acuático hay dos toboganes: uno empieza a $3\ \text{m}$ de altura y otro a $6\ \text{m}$, como se muestra en la figura.

Si no hay rozamiento, ¿en cuál llegarás abajo con más velocidad? Explica por qué usando las energías.

Dejas caer una bola desde lo alto de un tejado y, al mismo tiempo, dejas que otra bola idéntica baje rodando por un plano inclinado sin rozamiento que empieza a la misma altura, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuál llega al suelo con más velocidad? Razona la respuesta con la conservación de la energía.
2. b) ¿Cuál llega antes? Explica la diferencia entre velocidad final y tiempo de bajada.

En un skatepark hay dos rampas que empiezan a la misma altura: una es corta y muy empinada y la otra, larga y suave. Dos skaters idénticos se dejan caer a la vez, uno por cada rampa, sin rozamiento, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuál de los dos llega abajo con más velocidad? Razona la respuesta con la conservación de la energía.
2. b) ¿Llegan los dos a la vez? Explica la diferencia entre la velocidad final y el tiempo de bajada.

En un tobogán gigante de feria hay dos carriles que empiezan a la misma altura de $12\ \text{m}$ y terminan en el mismo punto de abajo, como se muestra en la figura. El carril A es casi recto ($15\ \text{m}$ de recorrido) y el carril B serpentea ($40\ \text{m}$ de recorrido). Una persona de $60\ \text{kg}$ se desliza sobre una alfombrilla cuyo rozamiento medio es de $10\ \text{N}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué energía potencial tiene arriba?
2. b) Calcula la energía que disipa el rozamiento en cada carril.
3. c) ¿Por cuál de los dos carriles llega abajo con más energía cinética? ¿Y con más velocidad? Justifícalo.

Nombra la transformación de energía principal que ocurre en cada caso:

1. a) Una linterna con pilas encendida.
2. b) Un panel solar cargando una batería.
3. c) Una central hidroeléctrica produciendo electricidad.
4. d) Tú corriendo un rato después de desayunar.

Las montañas rusas solo tienen motor en la primera subida, donde una cadena arrastra los vagones hasta lo más alto; el resto del recorrido se hace sin motor. Explica, usando la energía, por qué el vagón puede completar todo el circuito después de aquella primera subida.

En una presa hidroeléctrica, $1000\ \text{kg}$ de agua caen $50\ \text{m}$ sobre la turbina (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuánta energía potencial pierde el agua?
2. b) Si la central aprovechara toda esa energía, ¿cuánta energía eléctrica produciría?
3. c) En la realidad produce bastante menos: razona por qué.

Un cohete de juguete de $0,3\ \text{kg}$ despega con una energía cinética de $60\ \text{J}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Si no hubiera rozamiento con el aire, ¿qué altura máxima alcanzaría?
2. b) En el lanzamiento real solo sube $15\ \text{m}$: ¿cuánta energía se ha disipado?
3. c) ¿En qué se ha transformado la energía disipada?