Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

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Energía potencial gravitacional y elástica


En física, comprender los conceptos de energía potencial es importante para entender cómo se comportan los objetos bajo diferentes fuerzas e interacciones. Hoy, nos centramos en dos tipos de energía potencial: energía potencial gravitacional y energía potencial elástica. Estas energías son parte del concepto más amplio de trabajo, energía y potencia en mecánica. Ambos tipos de energía son un tipo de energía almacenada. Tienen el potencial de hacer trabajo cuando las condiciones lo permiten, y desempeñan un papel integral en la mecánica.

Energía potencial gravitacional

La energía potencial gravitacional es la energía que se almacena en un objeto debido a su posición relativa a la Tierra u otro cuerpo celeste. Es la energía que un objeto tiene debido a su altura y la fuerza gravitacional que actúa sobre él. Imagina que levantas un libro del suelo y lo colocas en un estante; durante esta acción, le estás dando al libro energía potencial gravitacional. Si el libro cae, esta energía potencial se convierte en energía cinética, la energía del movimiento.

La fórmula para calcular la energía potencial gravitacional (U) es:

U = mgh

Aquí:

  • m es la masa del objeto (en kilogramos)
  • g es la aceleración debido a la gravedad (normalmente 9.8 m/s² en la superficie de la Tierra)
  • h es la altura sobre el punto de referencia (generalmente el nivel del suelo, en metros)

Por ejemplo, si tienes un libro de texto de 2 kg sobre una mesa de 1.5 m de altura, la energía potencial gravitacional del libro se puede calcular como:

U = mgh = 2 kg * 9.8 m/s² * 1.5 m = 29.4 Joules

Por lo tanto, el libro de texto tiene 29.4 joules de energía potencial gravitacional a esta altura.

Visualización de energía potencial gravitacional

Nivel del suelo Altura(H)

En la visualización anterior, el círculo azul representa un objeto (como una pelota) elevado a una altura h sobre el suelo. La energía potencial gravitacional aumenta a medida que aumenta la altura.

Energía potencial elástica

La energía potencial elástica es la energía que se almacena en los objetos cuando se estiran o comprimen. Los resortes, bandas elásticas y otros materiales flexibles almacenan energía que puede liberarse como energía cinética. Este tipo de energía es el resultado de la configuración de las partículas o moléculas constituyentes de una sustancia.

La fórmula para la energía potencial elástica (U) se da por la ley de Hooke, representada como:

U = 0.5 * k * x²

Aquí:

  • k es la constante del resorte (en N/m, una medida de la rigidez de un resorte)
  • x es el desplazamiento desde la posición de equilibrio (en metros)

Por ejemplo, si un resorte con una constante de resorte de 150 N/m se comprime 0.2 metros, la energía potencial elástica almacenada en el resorte se calcula de la siguiente manera:

U = 0.5 * 150 N/m * (0.2 m)² = 3 Joules

Por lo tanto, el resorte comprimido almacena 3 joules de energía potencial elástica.

Visualización de energía potencial elástica

Desplazamiento (x) equilibrio

En la visualización anterior, un bloque azul representa un resorte siendo comprimido o estirado desde su posición original de equilibrio. El cambio en la longitud representa un cambio en el desplazamiento. Cuanto mayor sea la compresión o extensión, mayor será la energía potencial elástica almacenada.

Comparación y aplicaciones

Tanto la energía potencial gravitacional como la elástica son fundamentales en la física y tienen muchas aplicaciones en el mundo real. La energía potencial gravitacional juega un papel importante en áreas como la energía renovable (energía hidroeléctrica), la exploración espacial (órbitas de satélites) y situaciones de la vida cotidiana como montar en bicicleta cuesta arriba. La energía potencial elástica es importante en una variedad de tecnologías, incluidos los amortiguadores en vehículos, trampolines y varios equipos deportivos.

Por ejemplo, una montaña rusa es un lugar emocionante donde estas dos energías interactúan vibrante. A medida que la montaña sube a la cima de la colina, acumula energía potencial gravitacional. A medida que desciende, esta energía se convierte en energía cinética. La energía potencial elástica también entra en juego si los vagones de la montaña rusa usan resortes para absorber el impacto durante los golpes.

Conservación de la energía

La ley de conservación de la energía establece que la energía no se puede crear ni destruir, solo se puede convertir de una forma a otra. En ausencia de fuerzas externas como la fricción y la resistencia del aire, la energía mecánica total (suma de energía potencial y cinética) de un sistema permanece constante. Este principio es fundamental para comprender la energía potencial.

Considera un péndulo: En su punto más alto, el péndulo tiene energía potencial gravitacional máxima y energía cinética cero. A medida que se balancea hacia abajo, la energía potencial gravitacional se convierte en energía cinética. Cuando alcanza el punto más bajo, la energía cinética es máxima y la energía potencial es mínima.

Ilustración de la conservación de la energía con un péndulo

base principal

Los ejemplos de péndulo demuestran visualmente cómo ocurre la conversión de energía durante el movimiento. A medida que el péndulo se balancea desde sus puntos más altos (izquierda y derecha) hasta el más bajo, la energía transiciona entre cinética y potencial.

En resumen, las energías potencial gravitacional y elástica son conceptos importantes para entender. Demuestran cómo la energía puede almacenarse y convertirse en otras formas, haciendo que el trabajo y el movimiento sean posibles bajo una variedad de circunstancias. Estos principios profundizan nuestra comprensión de los fenómenos cotidianos y son fundamentos esenciales en el estudio de la física.


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Energía potencial gravitacional y elástica

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