la conservacin de la energa

LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP131.COMPETENCIASExplica e identifica los sistemas donde existe el fenmeno de conservacin de la energa y es capaz de resolver problemas relacionados con dicho fenmeno.1.1 Competencias cognitivas 1.Explica que es energa, como se manifiesta a travs del universo as como explica el concepto de trabajo.

2.Explica los conceptos de energa cintica y energa potencial, de igual forma explica la relacin existente entre trabajo y energa.

3.Explica porque es cierta la ley de la conservacin de la energa y los trabajos relacionados para determinar como la energa se conserva en forma de calor.

1.2 Competencias prcticas 1.Hacer el clculo aproximado de kilocaloras consumidas diariamente, de igual forma hacer el clculo de kilocaloras quemadas diariamente por el alumno.

2.Hacer clculo de la energa potencial de dos objetos seleccionados al azar en su saln de clases. Calcule la energa cintica tomando su masa y la distancia que camina y corre diariamente como referencia.

3.En su entorno como el saln de clases y un rea de la escuela identifica una maquinaria y dos sistema donde se encuentre aplicada la conservacin de la energa mecnica.

2. ELEMENTOS PREVIOS NECESARIOS PARA LA COMPRENSION DELTEMARevisin del video V-FIS-MEC C1 P04 El universo mecnico InerciaRevisin del video V-FIS-MEC C1 P06 El Universo Mecnico Leyes de Newton1 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13Revisin del video V-FIS-MEC C1 P10 El Universo Mecnico_Las Fuerzas

Fundamentales

3.DESARROLLO DEL VIDEO3.1 Visin general del tema El mito de la crisis de la energa. Segn una de las principales leyes de la Fsica,

la energa ni se crea ni se destruye.

3.2El Script del Audio1. Qu es la energa?Todos hemos odo hablar de que hay crisis energtica, continuamente nos dicen que hay que conservar la energa, bien, les voy a dar una noticia, es imposible, pero no que sea imposible conservar la energa, lo que es imposible es no hacerlo, la energa se conserva independientemente de lo que hagamos, es una de las leyes fundamentales de la fsica, de hecho pronto veremos que existen tres leyes de conservacin. La conservacin de la energa, de la cantidad de movimiento y del momento angular.

Estas tres grandes leyes de la conservacin son las tres grandes leyes de la corona de la fsica, tres cantidades que nunca se crean o se destruyen, la misma cantidad de ellas que hay ahora es la que hubo siempre y la que siempre tendremos De qu trata esa crisis de la que omos hablar? Un fallo quiz en las leyes de la fsica? Traten de imaginar esta escena, el presidente de los Estados Unidos en su sala oval, las cuatro redes nacionales lo van a televisar, el mira fijamente a las cmaras irradiando sinceridad y dice ciudadanos, en este momento de crisis debemos trabajar todos juntos para ayudar a conservar el momento angular.

Evidentemente hay algo que no marcha, hay algo especial en la energa, pero para comprenderlo debemos primero entender que es la energa.

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Energa en cada cuerpo y en cada forma, sobre la tierra y a lo largo del universo la energaessuministradaporlanaturalezaaunquepartedeellasea desencadenada por el hombre en una especie de juego mortal imitando a la naturaleza, energa y ms energa, no importa cmo y con qu frecuencia se utilice, ya sea normal o sin plomo, la energa siempre se conserva, pero si esto es un hecho y la ley de la conservacin as lo dice Por qu no hay siempre suficiente energa a nuestro alcance?

El movimiento mismo es una forma de energa, porque la energa toma esa forma cuando se mueve pero si la energa siempre se conserva como iniciaron esos objetos su movimiento? Y una vez que estn en marcha no importa en qu direccin, si la energa siempre se conserva Cmo pueden pararse alguna vez? Algunas personas trabajan con ms y con ms peso, otras tratan de deshacerse con el peso con el que entraron y aun aqu la pregunta esencial es, si la energa siempre se conserva Por qu los msculos se cansan? Y porque los pesos se

caen?3 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13La respuesta como el ejercicio en general tiene que ver con el trabajo, de hecho parte de la respuesta es el trabajo. Y al ejercitar la conservacin de la energa el trabajo tiene una definicin bien precisa Cunto mayor es el peso mayor fuerza se necesita para levantarlo y por supuesto en cuanto ms altura, ms trabajo

Trabajo igual a fuerza por altura. Cuando el trabajo se realiza cerca de la superficie de la tierra, la fuerza en esta ecuacin es la fuerza constante de la gravedad que es igual a la masa por la aceleracin de la gravedad, entonces trabajo igual a masa por g y por altura, a veces la fuerza hace acelerar la masa, pero en este caso la fuerza se utiliza para vencer la gravedad al levantar el peso a una cierta altura, en la conservacin de la energa el papel que juega el trabajo es transferir la energa de un lugar a otro, por ejemplo del musculo al acero.

Indicador 1 4 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP132. Como si fuera un juego de nios - La energa mecnica siempre se conserva?Las pesas tienen energa debido a su altura, esta es energa potencial que se representa con el smbolo. En un campo gravitatorio constante la energa potencial de cualquier cuerpo se expresa como.

En otras palabras su energa potencial es exactamente igual al trabajo que se realizo para colocar el objeto a esa altura. Esa energa se llama potencial porque a una altura dada esta lista para entrar en accin, cuanto mayor es la altura ms energa potencial almacenada hay en el peso, energa potencial que puede transformarse en movimiento. En todas sus idas y venidas la energa potencial depende solamente de la distancia vertical, pero debe de haber una manera ms fcil de explicar, estas maquinas las de tipo mecnico combinan poleas, arboles de elevas, palancas y planos inclinados que hubieran suscitado la admiracin de Galileo.

Aqu tenemos trabajando gran cantidad de costosa tecnologa para aumentar- disminuir o simplemente cambiar de direccin la fuerza necesaria para levantar un peso, peor con independencia de la direccin de la que se aplique la fuerza la energa potencial depende nicamente de la altura. La energa potencial se mantiene cambiando cada vez que algo se mueve hacia arriba o hacia abajo, la energa potencial por s misma no se conserva.

Entonces en la ley de la conservacin de la energa Qu es lo que realmente se conserva? Hacia finales del siglo XVI, Galileo Galilei se hizo una pregunta semejante, fue una pregunta a la cual ni el propio Galileo pudo encontrar respuesta, sin embargo, mientras utilizaba planos inclinados para simular la aceleracin de los cuerpos al caer descubri algo ms bien fascinante Cualquiera que fuera el camino a seguir la pelota volva a recorrer su altura inicial casi como

recordara su posicin primitiva5 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13

Por supuesto Galileo sabia que un objeto inanimado no poda recordar donde haba estado, pero comprendi que la pelota conservaba algo muy poderoso, si no era memoria, el se pregunto Qu conservaba la pelota? La respuesta no vino velozmente pero la velocidad es la clave de la respuesta.

Comenzando desde la misma altura con independencia de la inclinacin del plano, cuando la pelota llega al punto ms bajo lo hace siempre con la misma velocidad.

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La energa que tena la pelota a su altura original se conserva mientras rueda conservada en velocidad.

El movimiento humano muestra de un modo bello como la energa puede cambiar de forma, puede parecer que empujar un columpio no es un trabajo pero s lo es y aumenta la velocidad a la que pasa la nia en el punto ms bajo recorrido y aumenta su energa potencial en el punto ms alto

De esta manera, mientras el flujo de energa de una forma a otra puede parecer juego de nios todo comienza con un pequeo trabajo. Un pequeo trabajo es la fuerza a travs de una corta distancia, pero todo ello se acumula o en el leguaje

del clculo se integra7 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13Si se ejerce un trabajo contra una fuerza constante y opuesta como el de levantar un bloque desde una altura a otra el trabajo es la diferencia de energa potencial entre las dos alturas

Es decir el cambio en la energa potencial.

Si se realiza trabajo sin que exista una fuerza opuesta el trabajo sigue siendo la integral de la fuerza a lo largo de la distancia pero ahora el resultado del trabajo es

que el bloque se acelera, en otras palabras, gana velocidad8 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13

Que sucede si consideramos el intervalo en trminos de velocidad

En trminos de velocidad el trabajo es el cambio en la cantidad, este es un nuevo tipo de energa, la energa de movimiento se llama energa cintica

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Hace falta algo ms que el rpido trabajo de clculo para crear la energa cintica de un cuerpo en movimiento. Estos atletas, trabajan sus cuerpos hasta una velocidad mxima y entonces utilizan esa energa cintica para lanzarse a travs de distancias asombrosas.

Por supuesto cuando lo hacen pierden la energa cintica que tanto trabajo les costara crear. Pero si solo hay dos formas de energa potencial y cintica y ninguna se ha conservado Cmo puede conservarse cualquier tipo de energa? Hay una explicacin simple y sin embargo poderosa pero se necesita ejercitar un poco la imaginacin.

La energa potencial cambia constantemente y la energa cintica esta en un estado constante de flujo, pero cuando se considera la suma de las energas cintica y potencial juntas la totalidad de energa es constante, en otras palabras, la energaes igual a la energa potencialmas la energa cinticay esa energaes constante

10 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13La energa potencial debida a la altura se transforma en energa cintica debida al movimiento y viceversa, la pelota no recuerda su altura, conserva su energa hasta que la energa es de nuevo toda potencial tiene que estar a su altura inicial. Convertir velocidad en altura puede ser no solo una espectacular proeza de coordinacin sino tambin una impresionante demostracin de la relacin entre las energas cintica y potencial, en este caso cuanto ms veloz se corre ms altura en el salto. Los msculos aumentan su energa cintica ms y ms finalmente hasta el lmite de la aptitud del atleta, la prtiga cambia toda esa energa cintica en una gran capacidad.

De pronto cayendo cada vez ms rpida su energa potencial acumulada se cambia nuevamente en energa cintica pero aqu hay algo que no va, ahora no tienen energa potencial ni cintica y si la energa se conserva? A dnde han ido a parar? En realidad Qu sucede con toda la energa consumida en la tierra? Al final todo energa cintica al igual que la potencial acaban mordiendo el polvo, nada en la tierra se mueve para siempre. La conservacin de la energa, la ley de inercia, la ley de Galileo sobre la cada de los cuerpos, estas son nociones de ciencia y no de ciencia ficcin, pero para visualizarlas con claridad ayuda viajar ms all de la experiencia dada, un mundo casi sin rozamiento, en el, los astronautas encuentran que las cosas funcionan de la manera que dijo galileo deberan funcionar

Indicador 2 11 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP133. El elemento que haca falta en la ley de la conservacin de la energa: el calorFueron necesarios cuatrocientos aos y miles de millones de dlares pero incluso aqu en la luna todava existe algo de rozamiento pero con o sin rozamiento estos exploradores del cosmos no son los nicos que pueden cometer un error, consideremos el controvertido descubrimiento de Amrica pueden haberla descubierto por casualidad barcos a la deriva de los mares del sur, pero dejando las teoras especulativas de lado los historiadores generalmente coinciden en que en el ao 900 antes de Cristo los vikingos encontraron estos campos preparados para ser descubiertos o redescubiertos como debe de haber sido en realidad, pero esto es otra historia y en cualquier caso Amrica fue el nombre que los Europeos finalmente le pusieron, se llamo Amrica en honor de Amrico Vespucio, un italiano que primero navego a favor de Espaa y ms tarde a favor de Portugal, Amrico realmente dando vueltas de un lugar para otro no fue el primero en pisar las playas de las Amricas, tampoco lo fue el explorador James Cooke y contrariamente tambin a la opinin popular tampoco lo fue Cristbal Colon, sin embargo se le atribuye a Colon el descubrimiento de Amrica no por la fecha sino por la forma en cmo llevo a cabo la empresa.

Colon descubri Amrica tambin, pero tambin que nadie tuvo que venir a hacerlo de nuevo. Al igual que cualquier nuevo mundo el continente de la fsica estaba y est todavalo suficientemente maduro para ser descubierto, las fronteras son rigurosas

Los descubrimientos son algunas veces alarmantes12 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13Y frecuentemente muy controvertidos

Pero en los campos de la fsica las recompensas pueden ser mayores que las fatigas, se le atribuye a James Prescott el descubrimiento de la conservacin de la energa, el no fue el primero en explorar la regin, pero al igual que Colon regreso con mapas que desde entonces el resto del mundo pudo seguir con confianza.

Hijo de un cervecero britnico Joule estudio el rendimiento del vapor en las mquinas elctricas del negocio familiar, ideo un mtodo ingenioso para medir cuanta energa mecnica se convierte en calor

13 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13Un gran peso elevado a cierta altura tiene una energa potencial precisa, Joule hizo que unos pesos al caer movieran una rueda de palas dentro de un recipiente con agua cuidadosamente aislado, midi entonces la temperatura del agua, de esa manera Joule demostr que una determinada perdida de energa potencial siempre se convierte precisamente en la misma cantidad de calor, el concepto de Joule, esta idea de perdida y de ganancia en relacin con la conservacin de la energa es prcticamente desconocida aqu, en consideracin a la moral de este grupo bien aventurada sea la ignorancia.

Consideremos el hecho diablico que las kilocaloras vulgarmente conocidas por los seguidores de dietas como caloras en los alimentos tienen una tendencia a generar grasa. Por ejemplo, para quemar las 800 caloras de un simple trozo de tarta de chocolate hara falta que este individuo hiciera alrededor de2000 levantamientos de pesas y cuando ustedes consideran que el objetivo de este levantar, empujar, bailar y hacer flexiones es deshacerse de toda energa potencial y cintica, el saber que toda la energa en sus diversas formas se conserva siempre, puede resultar muy deprimente para esas personas Quieren conservarla? De ninguna manera, lo que quieren es gastarla, perderla, consumirla y trabajarla hasta sudar bien.

Esta mquina por ejemplo est diseada para gastar energa, de hecho puede considerarse un calentador extraordinario. La energa cintica de todo objeto que cae se transforma en otra clase de energa cintica.

Las vibraciones de los tomos tienen diversos efectos, empujan las molculas de aire cercanas creando ondas de sonido y ellas siempre generan calor, el calor se extiende de molcula en molcula disipando la energa pero nunca destruyndola,

14 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13ni siquiera un ergio , la energa que parece desaparecer en calor simplemente se expande en vibraciones aleatorias aumentando la energa cintica y potencial de los tomos en cantidades exactamente igual a la que se ha perdido.

Por todo el mundo cientfico esta actividad puede medirse con precisin, trabajo, energa potencial y energa cintica en diferentes formas de la misma magnitud

bsica se expresan todas en la misma unidad Cul es?, esa unidad el Julio es ligeramente inferior a la energa necesaria para levantar una libra a un pie de

altura, 4.2 Julios equivalen a una calora que es la medida estndar del calor.Partiendo de los incendios nucleares en el interior del sol la energa fluye a travs del sistema solar siempre cambiando de forma pero invariablemente en la misma cantidad, llega a la tierra en forma de rayos de luz que imparten energa al planeta y a todo lo que se encuentra en el.

Solo dos formas de energa son mecnicas, la potencial y la cintica, el trabajo fuerza multiplicada por distancia transforma la energa tal como se esconde en la biosfera en la energa potencial visible del peso mantenido en equilibrio a bastante altura sobre el suelo. La energa cambia constantemente de potencial a cintica, de cintica a potencial y viceversa, una y otra vez de innumerables maneras

15 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13Sin embargo de cualquier forma que sea la energa mecnica comienza a desvanecerse una vez ms, comienza a desaparecer de nuestra vista y de nuestro odo pero no se pierde ni se destruye, se transforma de nuevo en calor.

La energa no se pierde nunca y se conserva siempre, pero disipada en los movimientos aleatorios de innumerables tomos y molculas la energa se convierte cada vez en algo ms difcil de recuperar y casi imposible de volver a utilizar y lo sepan o no estos hombres y mujeres, ese es no obstante el fin inevitable de toda la energa que hay en la tierra.

Bueno ya lo han visto, la energa se conserva pero nosotros la volvemos intil, la energa almacenada en un litro de gasolina se libera cuando hace explosin en los pistones del coche, parte de esa energa temporalmente se convierte en la energa cintica del movimiento del coche, pero todo ello, absolutamente todo ello termina convirtindose en un calor intil a la temperatura ambiente y una vez que eso sucede no puede volver a convertirse en un litro de gasolina de nuevo, luego es verdad que hay una crisis, en pocas dcadas se consumir todo el petrleo que la tierra tardo millones de aos en crear y una vez que eso suceda jams podr ser reemplazado, toda esa energa almacenada llegara a hacerse intil, aun dejando a un lado el problema social hay un punto filosfico, hemos aprendido que hay ciertas cosas que una vez hechas ya no pueden dejar de estar hechas, por supuesto eso siempre lo hemos sabido, pero lo que hemos aprendido hoy es que no hay ms que una sabia observacin sobre la condicin humana, es una ley bsica de la fsica, definiciones precisas sobre esta nueva ley hay muchas. Pero de entre ellas yo me quedo con la que se hizo en el siglo once un matemtico persa llamado Markallan, dijo, el dedo en movimiento escribe, y una vez que ha escrito no se detiene y ni toda tu piedad ni tu ingenio podrn suprimir media lnea ni todas tus lagrimas borrar una palabra.

De acuerdo con la ley de la conservacin de la energa, aun cuando la energa cambie de forma, la cantidad total de energa del universo es siempre constante.

Como actividad final, dibuje un mapa de conceptos con los 3 temas ms

sobresalientes de este video.16 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP134.EJERCICIOS5.1 Preguntas abiertas1. Qu es la energa?1.1 En la fsica Cules son las tres leyes de la conservacin?

1.2 Cul es la principal caracterstica de estas tres leyes?

1.3 En tu opinin Consideras que es real la crisis energtica que existe alrededor del mundo?

1.4 Qu tipos de energa conoces?

1.5 Si la energa se conserva Por qu existen las crisis energticas? Por qu los cuerpos se detienen?

1.6 Cul es el papel o el rol del trabajo en la conservacin de la energa?2. Como si fuera un juego de nios - La energa mecnica siempre se conserva?2.1 Cules fueron las principales observaciones a las que llego Galileo en su experimento con la bola rodando por un plano inclinado?

2.2 Qu tiene que ver el experimento de la misin Apolo con el experimento de

Galileo?

2.3 Cmo inicia el concepto de energa mecnica? De dnde parte?3. El elemento que haca falta en la ley de la conservacin de la energa: el calor3.1 Si la energa potencial por s misma no se conserva y tampoco la cintica

entonces qu es lo que se conserva?

3.2 Cul es la relacin que guardan Cristbal Colon y James Prescott?

3.3 Cul fue la principal contribucin de Joule al estudio de la conservacin de la energa?

3.4 Cundo un objeto cae, a nivel molecular qu fenmeno puede apreciarse?17 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP135.2 Opcin verdadera o falsa, no dentro del contexto del video1. Qu es la energa?1.1 La energa es un concepto el cual se ha mantenido igual a lo largo de la historia del universo, la que existe hoy es la misma que existi al inicio de los tiempos y la misma que existir en un futuro.

2. Como si fuera un juego de nios - La energa mecnica siempre se conserva2.1 Como sucede con la energa en general, la energa mecnica siempre se conserva.

2.2 La energa potencial y el trabajo es exactamente lo mismo

2.3 Cuanto mayor es la altura ms energa potencial almacenada hay en el peso

2.4 La energa potencial depende solamente de la distancia vertical3. El elemento que haca falta en la ley de la conservacin de la energa: el calor3.1 El Julio es la unidad en que se expresa la energa como por ejemplo la energa cintica y Potencial.

3.2 Una kilo calora equivale a 4.2 Joules

3.3 Solo dos formas de energa son mecnicas, la potencial y la cintica

5.3 Opcin mltiple1. Qu es la energa?Sin contenido2. La energa mecnica siempre se conserva2.1 Con que smbolo se representa la energa potencial?18 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP13a) b) c)

d)Ninguna de las anteriores

2.2 A que es igual el trabajo cuando se ejerce un trabajo contra una fuerza constante y opuesta como el de levantar un bloque desde una altura a otra

a)Ahora es igual a la aceleracin, en otras palabras, gana velocidad b)Es igual a la diferencia de energa potencial entre las dos alturas c)Es igual a energa en movimiento, se llama energa cintica

d)Ninguna de las anteriores

2.3 A que es igual el trabajo cuando no existe una fuerza opuesta el trabajo

a)Ahora es igual a la aceleracin, en otras palabras, gana velocidad, se llama energa cintica

b)Es igual a la diferencia de energa potencial entre las dos alturas c)No es posible que exista trabajo en esas condiciones

d)Ninguna de las anteriores

2.4 A que es igual la energa E?

a)A la energa potencial mas la energa mecnica b)A la energa potencial ms la energa cintica

c)Las dos anteriores son correctas

d)Ninguna de las anteriores3. El elemento que haca falta en la ley de la conservacin de la energa: el calor3.1 La unidad de un Julio es:

a) b) c)

d)Ninguna de las anteriores

19 de 20LA CONSERVACIN DE LA ENERGAV-FISP135.4 Competencias PrcticasCompetencia practica 1.Tipo de AlimentoContenido en kilocaloras

1

2

3

Tipo de ActividadConsumo calrico

1Caminar

2Correr

3Subir escaleras

Competencia Practica 2.ObjetoMasaAltura 1Altura 2Altura 3FrmulaU1U2U3

1U=mgh

2U=mgh

ActividadMasaDistanciaTiempoVelocidadFrmulaK = Resultado

1Caminando651000m15min 1.1 m/s2K=1/2mv2 550

2Corriendo651000m45min 0.370 m/s2K=1/2mv2 185

Competencia Practica 3.Energa potencialEnerga cintica

Elemento analizadoPresenta energia potencial en:El punto de mayor energia potencial es:El punto de menor energa potencial es:Su energa cintica se manifiesta en:El punto de mayor energia cintica es:El punto de menor energa cintica es:

Maquinaria

Sistema 1

Sistema 2

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