Energía mecánica
23 feb, 2013
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PDFRizando el rizo
PRESENTACIÓN: Con un perfil metálico con forma de uve se hace un plano inclinado con un rizo intermedio. Despreciando el rozamiento se lanza una bola de acero desde la altura necesaria para que se complete el rizo. La energía disipada por el rozamiento hace que la altura necesaria para completar el rizo sea ligeramente mayor que la que proporciona el teorema de conservación de la energía mecánica. Puede analizarse que ocurre si el objeto lanzado, teniendo igual masa, tiene diferente momento de inercia.
- Could an athlete run a 3-m radius «loop-the-loop», Angelo Armenti, Phys. Teach. 19, 624 (1981)
INTRODUCCIÓN: “La energía ni se crea ni se destruye, pero puede ser transformada de una forma en otra«. La conservación de la energía es un principio de suma importancia en la Física. En la vida cotidiana cuando podemos considerar que el rozamiento es despreciable la energía mecánica también permance constante. Un ejemplo de ello son las montañas rusas, en las cuales, este principio juega un papel primordial.
OBJETIVO: Conseguir que la pelota dé la vuelta completa al bucle demostrando el teorema de la conservación de la energía mecánica, sin considerar el rozamiento.
MATERIALES: una pelota, una lámina de aluminio, papel de aluminio, tablón de madera, soporte (en este caso una escalera), clavos.
MONTAJE: Con la lámina de aluminio realizamos una rampa que finalice en un bucle. La parte final de la lámina se fijará al tablón de madera con unos clavillos mientras que la parte inicial se fijará a un soporte metálico o en este caso a una escalera de aluminio. Para asegurarnos de que la pelota no se salga del raíl, pegamos el papel de aluminio realizando una serie de baldas.
EXPLICACIÓN: Aplicando el principio de conservación de la energía mecánica, considerando un rozamiento despreciable deducimos la velocidad en función de la coordenada vertical y. Como la aceleración centrípeta debe ser mayor que la aceleración de la gravedad, podemos calcular la altura desde la cual debe ser lanzada la pelota.
CONCEPTOS: energía potencial, energía cinética, conservación de la energía, gravedad.
MÁS INFORMACIÓN:
TEXTOS:
- Tipler P.A. Física. Barcelona: Reverté, 2010.
- De Juana J.M., Física General, Pearson, 2009.
- Serway R.A y J.W.Jewett. Física, Thomson-Paraninfo, 2010.
ALUMNADO 2012-2013: Iván Díaz, Alejandro Espiño, Alba Souto, Victor lago García
ENLACE pdf ALUMNADO (in Spanish):
51 responses to "Energía mecánica"
En el siguiente enlace podemos leer un artículo de la revista Science in School que habla de un experiencia llevada a cabo en un centro de Educación Secundaria en Italia, en la que el parque de atracciones de su ciudad se convirtió en el aula de clase. Entre otras cosas estudiaron el funcionamiento de la montaña rusa.
Este experimento me sirivió para ver que, aunque los modelos teóricos en física proporcionan una base sólida para entender el mundo, a menudo deben ser ajustados para reflejar la complejidad del mundo real. Las condiciones ideales rara vez se encuentran en la naturaleza, y factores como el rozamiento siempre deben ser considerados.
La energía mecánica es la suma de las energías potencial, cinética y elástica de un cuerpo en movimiento. A través de la misma se expresa la capacidad que tienen los cuerpos con masa de realizar un trabajo. Como toda energía, ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma. Entre los tipos de energía mecánica se cuentan los siguientes: eólica, mareomotriz e hidráulica, las cuales son esencialmente una forma de energía solar.
Un buen ejemplo para explicar a los alumnos de secundaria la transformación de un tipo de energía en otro es el funcionamiento de una central hidroeléctrica, en la cual se parte de energía mecánica. Así, la energía hidráulica es aquella que tiene el agua cuando se mueve a través de un cauce (energía cinética) o cuando se encuentra embalsada a cierta altura (es decir, en forma de energía potencial). Cuando se deja caer, se transformará en energía cinética, que puede ser aprovechada para diversos fines. Toda central hidroeléctrica transforma la energía potencial del agua acumulada en el embalse en energía eléctrica a través del alternador. En las tuberías, la energía potencial del agua se convierte en cinética, la cual en las turbinas se transforma en energía cinética de rotación del eje, la cual en el alternador se convierte en electricidad.
Con el fin de comprender mejor el funcionamiento de una central hidroeléctrica y la transformación de energía mecánica (potencial y cinética) en energía eléctrica que en ella ocurre, se adjunta el siguiente enlace.
Ola!
Nesta entrada, como noutras tratarei de relaciona-lo concepto físico tratado coa Bioloxía, buscando algún exemplo de animal no que se presente o fenómeno físico estudado.
Esta vez vai de “acción – reacción”, que é así como se moven os chocos, as luras ou os polbos, uns moluscos cefalópodos que poden nadar hacia atrás e “a reacción”
Nestes moluscos o manto (o “saco” do calamar) forma unha cavidade que lles baña as vísceras chamada cavidade paleal, que poden pechar a vontade e ademáis posúen un sifón direccionable comunicado con ela.
Para se desplazar, utilizan as aletas, pero cando “teñen presa” pechan a cavidade paleal chea de auga, comprimen a musculatura do manto, e a auga sae con moita forza polo sifón que, ao ser direccionable, move ao animal na dirección desexada.
Neste enlace podes ver a un choco en acción, movéndose a reacción.
Seríamos capaces de explicar un efecto mariposa utilizando o principio de conservación da enerxía mecánica?
+info
Un xeito intuitivo de introducir conceptos como enerxía, tipos, conservación da mesma, rozamento… e tamén de profudizar máis si realizamo-los cálculos. Unha experiencia que incluso poderíamos extrapolar a una visita a un parque de atraccións como se suxire no primeiro comentario. Da conservación da enerxía tamén temos como exemplo o seguinte vídeo.
Un experimento muy bueno para explicar un fenómeno que todos los alumnos conocen pero que no suelen saber a qué es debido.
El término de energía mecánica es bastante complejo y sobre todo visualizarlo. En el siguiente vídeo se muestra un experimento en el que se explica en detalle las distintas transformaciones de energía que tienen lugar para que se cumpla la conservación de la energía mecánica. Este mismo principio se usa en los juguetes con cuerda, éstos tienen un muelle que acumula energía al dar cuerda al juguete, la cual se transforma en movimiento, como se puede ver en el siguiente vídeo.
En este laboratorio virtual se puede comprobar como se conserva la energía mecánica, así como es la variación de la energía cinética y potencial en el tiro vertical.
Hay muchas actividades en las que transforman un parque de atracciones en un laboratorio de física al aire libre. Muchas leyes de física, son difíciles de entender, y a través de una actividad de este tipo se puede acercar los contenidos vistos en clase, los alumnos y alumnas podrán experimentarlo, de forma que se asimilen mejor estos contenidos. Algunos de los conceptos físicos que se pueden explicar son: Ley de conservación de energía; fuerza centrípeta; aceleración; …
Me parece un experimento interesante y muy bien documentado para explicar distintos conceptos relacionados con la energía y las fuerzas. El primer vídeo muestra que cualquiera puede hacer el experimento, mientras que el segundo, algo más profesional, explica qué ecuaciones hay que utilizar para calcular exactamente desde qué altura tirar la bola de forma que haga el loop.
Por otro lado, me parece muy bien que el experimento, junto con los vídeos, cuente con un PDF explicativo, en el que se muestren los principios en los que se basa y los cálculos necesarios. Esto es muy útil si se quiere utilizar con los alumnos a la hora de realizar cálculos.
Es un experimento que todos hemos visto alguna vez. Sin ir más lejos, muchos juegos de coches tipo scalextric dan vueltas de 360 grados, pero probablemente los alumnos no se hayan parado a pensar en el porqué de este fenómeno, por lo que es muy interesante poder explicarlo con este ejemplo. Otro experimento muy sorprendente para explicar la conservación de la energía mecánica es el que os dejo en el link, donde se consigue que una pelota saltarina rebote hasta una altura mucho más alta que la altura desde la que se dejó caer.
Creo que experiencia resulta de muy fácil aplicación y presenta ventajas a la hora de llevar la teoría a la práctica. Esta experiencia se puede aplicar en 4º de ESO y en 1er curso de Bachillerato, ya que se establece en el curriculum educativo de estos dos niveles. Dicha experiencia permitiría la introducción de contenidos que permitan a los alumnos establecer relaciones entre conceptos sobre los formas de intercambio de energía, en concreto centrándose en la energía mecánica, permitiendo que los estudiantes puedan comprender en que consiste cada tipo de energía y el principio de conservación de la energía mecánica. En el siguiente enlace del portal educativo FISICALAB, se hace una muy buena y breve descripción apoyada con ilustraciones sobre la energía mecánica y un ejemplo práctico con solución. En el siguiente enlace, se puede ver un vídeo explicativo en portugués (de fácil comprensión a pesar del idioma debido al tema a tratar), sobre el experimento del looping.
Un experimento perfecto para ver o principio de conservación da enerxía e ver como a enerxía potencial gravitatoria se transforma en enerxía cinética. Tamén é interesante, tratando este tema, o seguinte vídeo que trata este mesmo principio pero con dúas pelotas.
Me parece un experimento sencillo, pero a la vez muy útil para aplicarlo en una clase, especialmente en los cursos de 4º de ESO y 1º de Bachillerato. En el experimento se demuestra el principio de conservación de la energía trabajándose los conceptos de energía potencial, cinética y mecánica. Además, al estar presente el bucle, también está presente la aceleración centrípeta, la cual a veces a los alumnos le es tan difícil de visualizar.
Sería interesante, proponer que además de calcular la altura a partir de la cual se tiene que tirar la bola para que realice el bucle adecuadamente, se calculase el trabajo asociado al rozamiento, considerando diferentes puntos de la rampa como posiciones inicial y final.
Tal y como sugieren otros compañeros una manera muy fácil de recrearlo en el aula es usando un scalextric con loops y haciendo circular los coches a diferentes velocidades. Otra manera es usando un simulado interactivo desarrollado por la Universidad de Colorado Boulder usando una rampa de patinaje. Este simulador nos permite explicar el concepto de conservación de la energía mecánica utilizando la energía cinética y la energía potencial gravitatoria. Además, podemos realizar cambios en la masa del patinador, la fricción de la pista, el diseño de la pista, etc, y observar como éstos afectan a la energía.
Experimento que recuerda los loops de las montañas rusas. Os dejo un link a un simulador con información sobre el principio de conservación de la energía mecánica. En este simulador se puede observar como a medida que el vagón avanza por los raíles la energía potencial y la cinética van variando para mantener siempre constante la energía mecánica (en ausencia de rozamiento). Ec = 1/2 m*v^2; Ep = m*g*h; Em = Ec + Ep.
Se observa como a medida que aumenta la energía cinética también lo hace la velocidad del vagón y como la energía potencial se hace mayor a medida que el vagón coge altura (de acuerdo con las fórmulas anteriores). Este experimento se puede proponer para los bloques de Energía tanto de Física y Quimica de 4º de ESO (bloque 5. A enerxía) como de 1º de bachillerato (bloque 8. Enerxía).
Un experimento de fácil realización y motivador al estar relacionado con las montañas rusas o los half pipe de skate, temas cercanos a los alumnos. Otra experiencia para explicar la conservación de la energía es mediante péndulo simple, cómo muestra este vídeo, que resulta bastante divertido al ponerse «en riesgo» al profesor.
En los dos vídeos se explica muy bien el principio de conservación de la energía mecánica. En el primero se ve el experimento realizado con materiales simples fáciles de conseguir en la vida cotidiana y en el segundo vemos una explicación más técnica y detallada con todas las ecuaciones que se utilizan para determinar la altura a la que se debe lanzar la bola para que consiga dar la vuelta al loop. Llevándolo a mi terreno (la química) yo explicaría el principio de conservación de energía (la materia no se crea ni se destruye, simplemente se transforma) a través del experimento que muestro en el siguiente enlace.
Este experimento é moi interesante e permite explicar de maneira clara e visual distintos conceptos relacionados coa enerxía. Como se menciona, a enerxía adopta diversas formas e é relevante a súa conversión dunhas formas a outras. A lei da conservación da enerxía, implica que a enerxía nunca aparece nin desaparece, senón que soamente se transforma noutras formas de enerxía. A enerxía mecánica é a suma de dous tipos de enerxía: a enerxía cinética, que está asociada ao movementos dos corpos materiais e a enerxía potencial, que está asociada á posición e/ou deformación dos corpos sometidos a forzas. Baixo certas condicións, a enerxía mecánica dun corpo consérvase. En casos nos que a enerxía mecánica non se conserve, isto significa que se transformou noutro tipo de enerxía (térmica, química, eléctrica, etc.).
De todas as transformacións que sofre a materia na natureza, o que interesa á mecánica, son as asociadas ao movemento e/ou velocidade que realizan as partículas. Estas magnitudes defínense no marco da dinámica de Newton, de modo que a enerxía poida cambiar grazas ao movemento que realiza e á velocidade á que se despraza unha partícula.
Este experimento es muy interesante porque permite comprender conceptos sobre conservación de la energía y sobre los movimientos circulares. Es fácil equivocarse al calcular la altura mínima de lanzamiento por no considerar que en un movimento circular siempre existe una aceleración (según la primera ley de Newton si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es 0, este se mantendrá en equilibrio o en movimiento rectilíneo uniforme), por lo que la energía cinética no se anula en ningún punto de la trayectoria.
Además, puede permitir a los alumnos probar cada vez con alturas mayores para intentar que la bola dé el mayor número de vueltas posible. Los resultados obtenidos se pueden representar gráficamente para realizar un mejor análisis.
Vídeo muy interesante para poder comprender cómo funciona el principio de conservación de la energía mecánica, ya que la energía potencial (la propia de un objeto por encontrarse a una altura determinada) pasa a convertirse en energía cinética (la asociada a la velocidad que posee un objeto). Por tanto, y teniendo en cuenta el rozamiento de la rampa, debemos lanzar la bola a una altura mayor que la propia del «loop», ya que al llegar al punto más elevado del «loop», la bola debe tener energía cinética para poder completar el giro sin caerse.
Todos los conceptos mencionados anteriormente como, Conservación de la Energía, fuerza centrípeta, aceleración, etc. me han parecido abstractos y difíciles de comprender, generalmente acaba memorizando la fórmula para años posteriores comprobar o descubrir algún fenómeno en mi vida con una posible relación con esos misteriosos conceptos. El experimente observamos para explicar la Conservación de la Energía Mecánica me parece muy divertido y que hará que los alumnos entiendas el concepto, y lo intenten en casa. Se les podría incitar a reproducirlo en casa, a mayor escala, o con material reciclado, a ver como nos sorprenden. Tengo que reconocer que lo primero que me vino a la cabeza al ver el experimento, fue el scalextric, pero en concreto… los coches de juguete “Hot Wheels” con los que jugaba con mi hermano y el loop que presentaba una de las pistas. Así es como también podemos presentarlo de manera fácil al alumnado. Para información más especializada, quizá más enfocada hacia bachillerato. Otra forma como comentaron en comentarios anteriores son las simulaciones de la Universidad de Colorado, Phet, tanto la comentada anteriormente del esquiador como la del Skate park. Para finalizar recomiendo leer el siguiente artículo de la revista Eureka, titulado “Una propuesta de situaciones problemáticas en la enseñanza del principio de conservación de la energía”.
Vídeo muy interesante y visual, sorprendentemente no conocía las razones físicas que se escondían detrás de este efecto. En este caso presento un vídeo donde el alumnado de 2ºESO lleva a cabo un experimento parecido.
Qué vídeo y qué proyecto tan interesantes para conocer estos conceptos de energía mecánica, potencial, cinética, y conservación de la energía, entre otros.
Dejo este primer enlace que considero que está genial explicado, incluyendo comprobaciones y varios ejemplos, y un segundo enlace que me parece de lo más interesante.
Este tipo de experimentos son muy gráficos y permiten visualizar un fenómeno tan importante en la física como es la conservación de la energía.Desde luego, es mucho mejor verlo así que con el típico ejercicio de h = v²/(2*g), que se antoja demasiado abstracto para un estudiante de instituto. En este vídeo, se pueden ver a unos skater intentando patinar en un bucle.
Bueno, igual tendría el skater que ver este proyecto.
Deberían ver el video también los diseñadores de montañas rusas. Aunque no creo que vaya a ayudar a que me suba a ella más tranquilo.
Muy interesante esta experiencia para alumnado de secundaria. No cuesta nada tener “maquetas” de este estilo en clase y sacarlas del armario en 5 minutos y comenzar la clase con algo que sorprenda a los alumnos antes de entrar al meollo. Me parece también muy interesante el vídeo de los skaters realizando un loop que ha ofrecido Antonio. Aunque los patinadores no sean conscientes (o sí, igual son apasionados de la física…), en primer lugar han tenido que calcular la altura de la rampa necesaria para asegurar que se vence el rozamiento con el suelo y el aire (necesario para aplicar la conservación de la energía). Además, esto sí que de manera inconsciente o automática (memoria muscular), en cada uno de los intentos fallidos que realizaron estaban adaptando su posición corporal hasta encontrar la perfecta para conseguir el momento angular preciso para realizar el giro sin caerse (mas agachados, con el tronco hacia delante, espalda recta…). Nada se escapa de la física…
Me parece muy llamativo el experimento, porque es capaz de mostar conceptos abstractos como la energía cinemática y la energía potencial de una forma muy visual. Seguro que los estudiantes absorben estos conceptos mucho más fácil si experimentan como en el vídeo que si simplemente los enseñamos en una clase magistral. Esto les permitirá asentar las bases para profundizar en ellos y comprender realmente la conservación de la energía mecánica y sus utilidades.
Este principio de Conservación de la Energía Mecánica (bastante difícil de asimilar por el alumnado en general) se suele explicar mediante un ejercicio en el que se deja caer una pelota desde lo alto de un edificio y se desprecia el rozamiento con el aire. La Energía Potencial es máxima al inicio (cuando se deja caer la pelota desde lo más alto de edificio ya que la altura es máxima) y mínima en el suelo (ya que la altura es 0). La Energía Cinética es 0 al inicio del trayecto y máxima en el momento del choque con el suelo (debido a que la pelota va acelerando de manera uniforme debido a la acción de la gravedad sobre ella y la velocidad máxima se alcanza en este preciso momento). Si se calcula numéricamente el valor de la Energía Potencial en el punto más alto del edificio y el valor de la Energía Cinética en el momento del choque de la pelota con el suelo, se puede observar que este valor es exactamente el mismo, por lo que se puede concluir que la energía se ha transformado completamente (de Potencial a Cinética) durante el trayecto. Esto demuestra perfectamente el Principio de Conservación de la Energía, pero también es cierto que NO es una manera muy visual ni atractiva para realizar la explicación del principio a alumnado de ESO. Por lo que considero que experimentos como el del vídeo son mucho más directos y sorprendentes; y consiguen capturar la atención del público de una manera más eficaz (algo complicado en la actualidad debido a que los adolescentes presentan una capacidad de concentración general baja y se aburren rápidamente).
Adxunto neste enlace varios exemplos do emprego da enerxía mecánica na nosa vida cotidiá, onde se demostra a Lei da Conservación da Enerxía:
1) Bola de demolición (enerxía potencial; enerxía potencial+enerxía cinética; enerxía mecánica)
2) Martelo (enerxía potencial; enerxía potencial+enerxía cinética; enerxía mecánica)
3) Pistola de dardos (enerxía potencial elástica; enerxía potencial+enerxía cinética; enerxía mecánica)
4) Aeroxerador eólico (enerxía cinética ; enerxía mecánica)
5) Bola de bolos (enerxía cinética ; enerxía mecánica)
6) Central hidroeléctrica (enerxía potencial gravitacional; enerxía potencial+enerxía cinética; enerxía mecánica)
7) Ciclismo (enerxía potencial química; enerxía mecánica)
8) Lúa-Terra (interaccion da enerxía potencial+enerxía cinética que ten cada corpo celeste mediante a enerxía mecánica)
9) Motor eléctrico (enerxía eléctrica -> enerxía mecánica)
10) Arco e frecha (enerxía potencial elástica -> enerxía potencial+enerxía cinética -> enerxía mecánica)
Es el mismo principio que aplican algunos juguetes como Hotwheels o algunas pistas de Scalextric. En el segundo juguete depende de la aceleración adquirida por el motor del coche, no por la gravedad.
Es un experimento simple y que ilustra muy bien como la energía mecánica se conserva, aunque puede transformarse. Concepto muy importante dado que ha dado lugar a grandes avances, como la transformación de la energía hidráulica o eólica en eléctrica. Un añadido interesante, para complementar la experimentación, podría ser añadir un velocímetro y hacer pruebas tirando la bola a distintas alturas, dejo este vídeo de ejemplo.
Este experimento me parece muy interesante e ilustrativo para el alumnado de secundaria, ya que se entiende mejor a través de la experiencia que mediante la explicación con fórmulas y dibujos en la pizarra. En este vídeo se explica la historia de las montañas rusas y porqué el rizo tiene la forma que vemos hoy en día y no circular, como en el experimento propuesto. Consideramos cosas como esta tan cotidianas y normales que no nos paramos a pensar el porqué de que sea así, pero relacionar este concepto físico tan abstracto con las montañas rusas, puede dar pie a que el alumnado investigue por su cuenta.
Considero el principio de conservación de la energía uno de los más amenos y con más posibilidades a la hora de realizar experimentos o poner ejemplos interesantes a los alumnos. Hay innumerables casos divertidos para el alumnado donde aplica este principio: montañas rusas, pistas de Scalextric, deportes de riesgo como el Skate, Snowboard, Esquí… en muchos de los deportes de riesgo se juega con la conservación de la energía, convirtiendo constantemente altura en velocidad y viceversa,
El experimento está muy bien estructurado y muy bien explicado. Se entiende perfectamente el concepto de energía cinética y energía potencial.
El experimento es de montaje sencillo y muy fácil de realizar y de hacer cálculos que ayuden al alumno a comprender qué es lo que está pasando.
Los comentarios y explicaciones que a continuación del video son claros y ayudan mucho a asentar los conceptos.
Un juego muy popular cuando estaba en el colegio consistía en diseñar montañas rusas de forma que no se rompiese. Este juego me parece una buena forma de introducir la energía mecánica a través de fomentar su curiosidad. Como dato, en 2010 se diseñó (de forma teórica) la Euthanasia Coaster, una montaña rusa de acero diseñada para matar a sus pasajeros. Para ello se usaron muchas leyes físicas!
Algunos alumnos ven la energía potencial gravitatoria de forma poco seria. Pueden decir cosas como: «Obviamente hace falta energía para subir algo»; «Bueno, tiene energía pero no hace nada ahí arriba subido». Lo que los alumnos no comprenden es que aunque la energía potencial, aunque no eche chispas como un circuito o fuego como una reacción química, es la mejor forma que tiene el ser humano de almacenar energía. Podemos plantearles a los alumnos, ¿Dónde tiene el ser humano almacenadas muchas cosas que luego pueden bajarse?» La idea es que comprendan la importancia de una presa y que esta el única forma que tiene el humano de almacenar energía. Muchos alumnos (y por supuesto adultos) piensan que la energía que sobra producida en parques eólicos durante el día puede almacenarse en una batería gigante en algún sitio. Mucha gente de hecho confunde los parques de transformadores con almacenes de energía. Podemos aprovechar esta lección de que la energía excedente sólo se puede almacenar masivamente en presas y eliminar de paso esa falsa creencia de las baterías gigantes, matando así dos pájaros de un tiro.
También podremos enseñar gracias a esta demostración a los alumnos las «pérdidas de energía» como por qué una pelota de fútbol se acabara parando despues de patearla que es debido al rozamiento, cómo no podemos hacer circuitos eléctricos que se auto recarguen debido a la transformación en energía calorica del circuito.
A continuación les dejo un video que también nos muestra como se transforma la energía. En este caso, el calor emitido por la llama de una vela se transfiere por convección y origina movimiento (energía cinética) sobre una espiral de papel que cuelga encima.
Este experimento se puede utilizar como ejemplo para retar a los alumnos a que creen un circuito en el que consigan completar el recorrido y así comprendan el principio de conservación de la energía mecánica.
Experimento muy visual que hace que los alumnos entiendan mejor el teorema de conservación de la energía mecánica, de esta forma práctica junto con la parte de la explicación teórica se ayudará a la retención de conceptos por parte del alumno, mostrando más interés en el materia
Con estas experiencias, los alumnos van a asimilar mucho mejor los conceptos. En este caso el de la conservación de le energía mecánica. Un montaje simple que se puede plantear llevar a cabo en el aula por los propios alumnos.
Como han comentado algunos de mis compañeros, el principio de conservación de la energía mecánica se presta a ser explicado de forma muy amena, porque algunos de sus ejemplos más típicos están relacionados con temas que interesan a los más jóvenes. El experimento que vemos no deja de ser una pequeña maqueta de funcionamiento de las montañas rusas de los parques de atracciones; otro de los ámbitos donde podemos observar este fenómeno es en las pistas de skate… Como vemos, temáticas que pueden motivar al alumnado a acercarse a la física.
Me parece una experiencia muy interesante y práctica, la cual puede introducir a los alumnos a comprender de manera didáctica los conceptos sobre intercambio y conservación de energía, en este caso mecánica. La ley de conservación de energía explica que la energía solamente se transforma, ni se crea ni se destruye. En este caso, la energía mecánica es el resultado de la suma de la energía cinética y la potencial. En la energía mecánica interesa el movimiento y la velocidad que realizan determinadas partículas. Por lo tanto, en este video se puede ver reflejado la teoría anteriormente dicha, ya que teniendo en cuenta el rozamiento de la rampa, la bola debe ser lanzada a una altura superior, ya que esta debe tener energía cinética para poder el giro completo sin que la bola se cayese.
Un experimento visual e sinxelo para entender que a enerxía nin se crea nin se destrúe, só se transforma. Facendo o experimento á inversa (e sin o rizo intermedio) tamén se podería ver que a distintas velocidades, a bola chegaría a diferentes alturas da rampa.
Con un ejemplo muy sencillo se puede aplicar la teoría y calcular la altura a la que se debe colocar la bola para que realice el recorrido completo. Una manera muy sencilla de captar la atención e interés del alumnado sobre el principio de conservación de la energía mecánica. Experimento sencillo y fácil de preparar.
Estoy de acuerdo con el comentario anterior, es muy sencillo de preparar para hacer una demostración en el aula, y además, después de explicar en clase los conceptos teóricos, se puede pedir al alumnado que calculen la altura mínima para que la bola de una vuelta entera, y luego comprobarlo.
Que buenos recuerdos me trae este experimento. Me encantaban los ejercicios de cinemática en física, recuerdo uno en concreto de un ladrón saltando por los tejados de un edificio a otro para escapar y te daba la diferencia de alturas entre los tejados, la velocidad en el salto y el ángulo. Spoiler: No llegaba. En clase todos los alumnos nos hizo mucha gracia el ejercicio y creo que se grabó en nuestra memoria episódica por las risas que nos echamos resolviendo el ejercicio.
Ahora realiza del siguiente:
Energía mecánica
PRESENTACIÓN: Con un perfil metálico con forma de uve se hace un plano inclinado con un rizo intermedio. Despreciando el rozamiento se lanza una bola de acero desde la altura necesaria para que se complete el rizo. La energía disipada por el rozamiento hace que la altura necesaria para completar el rizo sea ligeramente mayor que la que proporciona el teorema de conservación de la energía mecánica. Puede analizarse que ocurre si el objeto lanzado, teniendo igual masa, tiene diferente momento de inercia.
INTRODUCCIÓN: “La energía ni se crea ni se destruye, pero puede ser transformada de una forma en otra«. La conservación de la energía es un principio de suma importancia en la Física. En la vida cotidiana cuando podemos considerar que el rozamiento es despreciable la energía mecánica también permance constante. Un ejemplo de ello son las montañas rusas, en las cuales, este principio juega un papel primordial.
OBJETIVO: Conseguir que la pelota dé la vuelta completa al bucle demostrando el teorema de la conservación de la energía mecánica, sin considerar el rozamiento.
MATERIALES: una pelota, una lámina de aluminio, papel de aluminio, tablón de madera, soporte (en este caso una escalera), clavos.
MONTAJE: Con la lámina de aluminio realizamos una rampa que finalice en un bucle. La parte final de la lámina se fijará al tablón de madera con unos clavillos mientras que la parte inicial se fijará a un soporte metálico o en este caso a una escalera de aluminio. Para asegurarnos de que la pelota no se salga del raíl, pegamos el papel de aluminio realizando una serie de baldas.
EXPLICACIÓN: Aplicando el principio de conservación de la energía mecánica, considerando un rozamiento despreciable deducimos la velocidad en función de la coordenada vertical y. Como la aceleración centrípeta debe ser mayor que la aceleración de la gravedad, podemos calcular la altura desde la cual debe ser lanzada la pelota.
CONCEPTOS: energía potencial, energía cinética, conservación de la energía, gravedad.
TEXTOS:
• Tipler P.A. Física. Barcelona: Reverté, 2010.
• De Juana J.M., Física General, Pearson, 2009.
• Serway R.A y J.W.Jewett. Física, Thomson-Paraninfo, 2010.