Energía cinética y potencial 

Concepto y presentación

Energía

La energía es la propiedad o capacidad que tienen los cuerpos y sustancias para producir transformaciones a su alrededor. Durante las transformaciones la energía se intercambia mediante dos mecanismos: en forma de trabajo o en forma de calor.

 En física, energía es la capacidad que tiene un cuerpo para producir trabajo, o también, la fuerza que produce un trabajo.

       

         Energía cinética 

Es la energía que poseen los cuerpos que están en movimiento.

 Un ejemplo sera un coche si está parado y lo ponemos en movimiento, quiere decir que ha adquirido una energía de algún sitio y que se ha transformado en movimiento. Esta energía que tiene ahora es una energía potencial o de movimiento. Los cuerpo adquieren energía cinética al ser acelerados por acción de fuerzas, o lo que es lo mismo, cuando se realiza un trabajo sobre ellos.

                                 Fórmula

 Para calcular la energía cinética de un cuerpo (siempre estará en movimiento) 

será:  

Donde "m" es la masa del cuerpo, objeto o sustancia expresada en Kilogramos y "v" su velocidad en metros/segundo. Si ponemos la masa y la velocidad en estas unidades el resultado nos dará la energía en Jules.

Energía potencial

 Se dice que un objeto tiene energía cuando está en movimiento, pero también puede tener energía potencial, que es la energía asociada con la posición del objeto.

   A diferencia de la energía cinética, que era de un único tipo, existen 2 tipos de energía potencial: potencial gravitatoria y potencial elástica.

1.   Potencial gravitatoria

Es la que se poseen los objetos por estar situados a una cierta altura, llamada así por pues su origen se debe a la atracción gravitacional ejercida por la Tierra sobre el cuerpo.

Donde "m" es la masa en Kilogramos, "g" el valor de la gravedad (9,8m/s² ) y "h" la altura a la que se encuentra expresada en metros.

Con estas unidades el resultado nos dará en Jules.

2. Potencial elástica 

Es la energía que se libera cuando un muelle o un resorte que estaba comprimido, se suelta. La energía que tendrá dependerá de la deformación sufrida por el muelle, más deformación quiere decir más energía. Esta energía se puede utilizar para desarrollar trabajo, por ejemplo para impulsar una pelota.

Donde "K" es una constante elástica característica de cada muelle medida en N/m (newtons partido por metros) y "x" es la longitud que adquiere el muelle o el desplazamiento o deformación desde la posición normal medido en metros (estiramiento del muelle). Con estas unidades el resultado será en Jules.

Tiro parabólico oblicuo

Concepto y representación

El movimiento parabólico, también conocido como tiro oblicuo, consiste en lanzar un cuerpo con una velocidad inicial que forma un ángulo α con la horizontal. Por ejemplo, la trayectoria seguida por una pelota de voleibol después de recibir el golpe durante el saque inicial, o el de un balón de fútbol al ser despejado por el portero.

Concepto y representación

El movimiento parabólico, también conocido como tiro oblicuo, consiste en lanzar un cuerpo con una velocidad inicial que forma un ángulo α con la horizontal. Por ejemplo, la trayectoria seguida por una pelota de voleibol después de recibir el golpe durante el saque inicial, o el de un balón de fútbol al ser despejado por el portero.

Fórmulas

Teniendo en cuenta que y0 = H , x0 = 0, y que ay = -g , podemos escribir las fórmulas. Estas son las expresiones finales para el cálculo de las magnitudes cinemáticas en el movimiento parabólico o tiro oblicuo:

 Posición (m)

o Eje horizontal

x=vx⋅t=v0⋅cos(α)⋅t

o Eje vertical

y=H+v0y⋅t−12⋅g⋅t2=H+v0⋅sin(α)⋅t−12⋅g⋅t2

 Velocidad (m/s)

o Eje horizontal

vx=v0x=v0⋅cos(α)

o Eje vertical

vy=v0y−g⋅t=v0⋅sin(α)−g⋅t

 Aceleración (m/s2)

o Eje horizontal

ax=0

o Eje vertical

ay=−g

Ecuación de posición y de trayectoria en el movimiento parabólico

La ecuación de posición de un cuerpo nos sirve para saber en qué punto se encuentra en cada instante de tiempo. La ecuación de posición del movimiento parabólico viene

Altura máxima

Este valor se alcanza cuando la velocidad en el eje y, vy , vale 0. A partir de la ecuación de velocidad en el eje vertical, e imponiendo vy = 0, obtenemos el tiempo t que tarda el cuerpo en llegar a dicha altura. A partir de ese tiempo, y de las ecuaciones de posición, se puede calcular la distancia al origen en el eje x y en el eje y.

Tiempo de vuelo

Se calcula igualando a 0 la componente vertical de la posición. Es decir, el tiempo de vuelo es aquel para el cual la altura es 0 (se llega al suelo).

Alcance

Se trata de la distancia máxima en horizontal desde el punto de inicio del movimiento al punto en el que el cuerpo impacta el suelo. Una vez obtenido el tiempo de vuelo, simplemente sustituye en la ecuación de la componente horizontal de la posición.

Ángulo de la trayectoria

El ángulo de la trayectoria en un determinado punto coincide con el ángulo que el vector velocidad forma con la horizontal en ese punto. Para su cálculo obtenemos las componentes vx y vy y gracias a la definición trigonométrica de tangente de un ángulo, calculamos α:

En conclusión debemos considerar a un tiro parabólico, ya sea horizontal u oblicuo como el resultado de combinar dos movimientos, uno horizontal y uno vertical, que se presentan de manera simultánea. El movimiento en dirección horizontal es con una velocidad constante, pues carece de aceleración; sin embargo el movimiento vertical tiene una aceleración constante debida a la acción de gravedad y va dirigida hacia abajo, es decir  perpendicularmente a la superficie de la tierra. Los dos movimientos no se interfieren entre sí, porque uno es independiente del otro.

Bibliografía

Jorgelina, Fórmulas de Movimiento Oblicuo o Parabólico, Fórmulas de Movimiento Oblicuo o 

Parabólico – Neetescuela, http://neetescuela.com/formulas-de-movimiento-oblicuo-o-

parabolico/ ,  20 marzo, 2011