Un coche circula por una carretera horizontal a una velocidad de 72 km/h, acelera hasta alcanzar una velocidad de 90 km/h y después frena hasta pararse.
a) ¿Cuándo tiene mayor energía?
b) ¿De qué tipo es la energía del coche?
c) ¿Cuál es el valor de la energía cinética del coche cuando se para?
d) ¿Por qué no varía su energía potencial gravitatoria?
a) ¿Cuándo tiene mayor energía?
Como el coche tiene una velocidad, su energía es cinética. Para determinar cuándo el coche tiene la mayor energía cinética, debemos comparar la energía en las tres fases: cuando circula a 72 km/h, cuando acelera a 90 km/h, y cuando se detiene. Como no sabemos las masa del coche simplemente la nombramos como m
Nótese que hemos convertido las velocidades a m/s.
– Energía cinética a 72 km/h:
\[
E_{k_i} = \frac{1}{2} m (20 \text{ m/s})^2 = 200 m \text{ J}
\]
– Energía cinética a 90 km/h:
\[
E_{k_f} = \frac{1}{2} m (25 \text{ m/s})^2 = 312.5 m \text{ J}
\]
– Energía cinética cuando se detiene:
\[
E_{k_f’} = \frac{1}{2} m (0 \text{ m/s})^2 = 0 \text{ J}
\]
Así que, el coche tiene la mayor energía cinética cuando circula a 90 km/h, ya que \( 312.5 m \text{ J} \) es mayor que \( 200 m \text{ J} \) y \( 0 \text{ J} \).
b) ¿De qué tipo es la energía del coche?
Como hemos dicho antes, la energía que tiene el coche en movimiento es energía cinética. La energía cinética es la energía asociada al movimiento de un objeto y se calcula como:
\[
E_k = \frac{1}{2} m v^2
\]
La energía cinética depende directamente de la velocidad del coche; cuanto mayor sea la velocidad, mayor será la energía cinética.
c) ¿Cuál es el valor de la energía cinética del coche cuando se para?
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Cuando el coche se detiene, su velocidad es 0 m/s. Como no hay movimiento, su energía cinétic debe ser cero. Usando la fórmula:
\[
E_{k_f’} = \frac{1}{2} m (0 \text{ m/s})^2 = 0 \text{ J}
\]
Se comprueba que la energía cinética del coche cuando se para es \( 0 \text{ J} \).
d) ¿Por qué no varía su energía potencial gravitatoria?
La energía potencial gravitatoria se calcula con la fórmula:
\[
E_p = mgh
\]
\( g \) es la aceleración debida a la gravedad y \( h \) es la altura del coche.
En este caso, el coche se mueve sobre una carretera horizontal, lo que significa que la altura \( h \) no cambia durante el movimiento. Como la altura no varía, la energía potencial gravitatoria también permanece constante. No hay cambios en la posición vertical del coche, por lo que su energía potencial gravitatoria no cambia a lo largo del movimiento.
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