Preguntas Conceptuales
8.1 Energía potencial de un sistema
La energía cinética de un sistema deberá ser siempre positiva o cero. Explique si esto es cierto para la energía potencial de un sistema.
La fuerza que ejerce un trampolín es conservativa, siempre que la fricción interna sea despreciable. Suponiendo que la fricción es despreciable, describa los cambios en la energía potencial de un trampolín cuando un nadador se impulsa desde este, empezando justo antes de que el nadador pise el trampolín hasta justo después de que sus pies se aparten de este.
Describa las transferencias y transformaciones de energía potencial gravitacional de una jabalina, empezando por el punto en el que un atleta recoge la jabalina y terminando cuando la jabalina se clava en el suelo después lanzarla.
Un par de balones de fútbol de igual masa son pateados desde el suelo a la misma rapidez, pero en diferentes ángulos. El balón A se lanza con un ángulo ligeramente superior a la horizontal, mientras que el balón B se lanza ligeramente por debajo de la vertical. ¿Cómo se comparan cada uno de los siguientes elementos para el balón A y el balón B? (a) La energía cinética inicial y (b) el cambio en la energía potencial gravitacional desde el suelo hasta el punto más alto? Si la energía de la parte (a) difiere de la de la parte (b), explique por qué hay una diferencia entre las dos energías.
¿Cuál es el factor dominante que afecta a la rapidez de un objeto que parte del reposo por una pendiente sin fricción, si el único trabajo realizado sobre el objeto procede de las fuerzas gravitacionales?
Dos personas observan cómo cae una hoja de un árbol. Una persona está de pie en una escalera y la otra en el suelo. Si cada persona comparara la energía de la hoja observada, ¿encontraría lo siguiente igual o diferente para la hoja, desde el punto en el que cae del árbol hasta cuando golpea el suelo: (a) la energía cinética de la hoja; (b) el cambio en la energía potencial gravitacional; (c) la energía potencial gravitacional final?
8.2 Fuerzas conservativas y no conservativas
Un cohetón se dispara directamente al aire, a una rapidez de . Si se ignora la resistencia del aire, el cohetón subiría hasta una altura de aproximadamente . Sin embargo, el cohetón sube a solo antes de volver al suelo. ¿Qué ha pasado? Explique solamente con una respuesta cualitativa.
Una fuerza externa actúa sobre una partícula durante un viaje de un punto a otro y de vuelta a ese mismo punto. Esta partícula solo se ve afectada por las fuerzas conservativas. ¿Cambia la energía cinética y la energía potencial de esta partícula como resultado de este viaje?
8.3 Conservación de la energía
Cuando un cuerpo se desliza por un plano inclinado, ¿el trabajo de la fricción depende de la rapidez inicial del cuerpo? Responda la misma pregunta en relación con un cuerpo que se desliza por una superficie curva.
Considere la situación siguiente. Un auto para el que la fricción no es despreciable acelera desde el reposo cuesta abajo, pero se queda sin gasolina al cabo de una corta distancia (vea más abajo). El conductor deja que el auto vaya un poco más abajo por la colina y entonces asciende por una pequeña cresta. Luego, viaja cuesta abajo, hasta llegar a una gasolinera, donde frena y llena el tanque de gasolina. Identifique las formas de energía que tiene el auto y cómo se cambian y transfieren en esta serie de acontecimientos.
Una pelota que cae rebota hasta la mitad de su altura original. Comente sobre las transformaciones energéticas que se producen.
En una demostración común de física, una bola de boliche está suspendida del techo por una cuerda.
El profesor aleja la bola de su posición de equilibrio y la mantiene junto a su nariz, como se muestra a continuación. Suelta la bola para que oscile directamente lejos de él. ¿Recibe el golpe de la bola a su regreso? ¿Qué intenta mostrar con esta demostración?
Un niño salta sobre una cama y alcanza una mayor altura después de cada rebote. Explique cómo el niño puede aumentar su energía potencial gravitacional máxima con cada rebote.
¿Puede una fuerza no conservativa aumentar la energía mecánica del sistema?
Descartando la resistencia del aire, ¿cuánto tendría que aumentar la altura vertical si quisiera duplicar la velocidad de impacto de un objeto que cae?
Una caja se deja caer sobre un resorte en su posición de equilibrio. El resorte se comprime con la caja unida y llega a un punto de reposo. Dado que el resorte está en posición vertical, ¿es necesario considerar en este problema el cambio en la energía potencial gravitacional de la caja mientras el resorte se comprime?