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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Conservación de la energía mecánica


En física, la energía es un concepto importante que nos ayuda a comprender cómo interactúan las cosas en el mundo que nos rodea. Un principio relacionado con la energía es la "conservación de la energía mecánica". En términos simples, este principio establece que en un sistema aislado, la energía mecánica total permanece constante si las únicas fuerzas que actúan son fuerzas conservativas.

Comprensión de la energía mecánica

La energía mecánica se puede dividir en dos tipos: energía potencial (PE) y energía cinética (KE).

  • Energía potencial (PE): Es la energía almacenada en un objeto debido a su posición o estado. Por ejemplo, la energía potencial gravitatoria de un objeto a una altura h se da por:
    • PE = mgh

    Aquí, m es la masa del objeto, g es la aceleración debida a la gravedad y h es la altura sobre el punto de referencia.

  • Energía cinética (KE): Es la energía del movimiento, que se da como:
    • KE = 0.5 * mv^2

    Aquí, m es la masa del objeto y v es la velocidad del objeto.

La energía mecánica total

La energía mecánica total (E) es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un objeto:

E = KE + PE

Ley de conservación de la energía mecánica

Esta ley establece que en un sistema aislado (donde no actúan fuerzas externas como la fricción), la energía mecánica total permanece constante. Matemáticamente, se expresa como:

KE_inicial + PE_inicial = KE_final + PE_final

Ejemplo visual: un péndulo

Imagina un simple péndulo oscilando de un lado a otro sin resistencia del aire ni ninguna otra fricción.

En el punto más alto (punto cénit), el péndulo tiene energía potencial máxima ya que está en altura máxima y energía cinética cero ya que está momentáneamente en reposo. A medida que baja, la energía potencial se convierte en energía cinética. En la posición más baja, tiene energía cinética máxima y energía potencial mínima. La energía total permanece constante durante todo el proceso.

Problema de ejemplo

Considera una montaña rusa en la cima de una colina. Usa la conservación de la energía mecánica para encontrar su velocidad en el fondo.

Dado:

  • Altura de la colina, h = 50 m
  • Velocidad inicial, v_0 = 0
PE_inicial = mgh
KE_inicial = 0.5 * m * v_0^2
PE_final = 0 (en la parte inferior)
KE_final = 0.5 * m * v^2
Por lo tanto:
mgh + 0 = 0.5 * m * v^2 + 0
Simplificando:
gh = 0.5 * v^2
v = sqrt(2gh)

Sustituye g = 9.8 m/s^2 y h = 50 m :

v = sqrt(2 * 9.8 * 50)

Calcula v :

v ≈ 31.3 m/s

Notas importantes

  • Fuerzas conservativas como la gravedad son necesarias para asegurar la conservación de la energía mecánica total. Si están presentes fuerzas no conservativas como la fricción o la resistencia del aire, parte de la energía mecánica puede convertirse en otras formas como energía térmica.
  • La conservación de la energía mecánica es un caso específico del principio general de conservación de la energía, que enfatiza la conversión de energía en lugar de la creación o destrucción.

Aplicaciones en el mundo real

Entender la conservación de la energía mecánica es importante en una variedad de áreas:

  • Ingeniería: Diseño de montañas rusas, péndulos en relojes y sistemas donde la eficiencia energética es primordial.
  • Astronomía: Las interacciones gravitatorias entre cuerpos celestes como los satélites orbitando planetas se analizan utilizando esta teoría.
  • Deportes: Actividades como el esquí, donde la energía potencial se convierte en energía cinética durante el descenso.

Conclusión

La conservación de la energía mecánica simplifica nuestra comprensión de sistemas donde sólo actúan fuerzas conservativas. Nos permite predecir y explicar el comportamiento de los objetos en muchas situaciones, sentando las bases para estudios más complejos en física.


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