Energía MECÁNICA 🎢 Principio de Conservación de la Energía

Summary

En este video, Susi explica qué es la energía mecánica y cómo calcularla, destacando la suma de la energía potencial y cinética. Presenta ejemplos prácticos como el lanzamiento de una bola por una rampa y cómo se conserva la energía a lo largo del movimiento, mostrando la transformación de la energía potencial en cinética. Además, realiza un ejercicio sobre una caña lanzada al aire, calculando su energía mecánica, cinética y potencial en diferentes puntos, y encontrando su altura máxima. Al final, invita a los espectadores a suscribirse para más contenido educativo.

Takeaways

• 📚 La energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética.
• ⚙️ La fórmula para la energía potencial es masa por gravedad por altura, y para la energía cinética es medio por masa por velocidad al cuadrado.
• 🎢 En una situación sin fricción, la energía mecánica se mantiene constante durante todo el movimiento de un objeto.
• 🏀 En el punto inicial de un ejemplo con una pelota en una rampa, la energía cinética es 0 y la energía potencial es 500 julios.
• 🏔️ En el segundo punto, la energía potencial disminuye a 300 julios mientras que la energía cinética aumenta a 200 julios, manteniendo la energía mecánica constante en 500 julios.
• ⚡ En el tercer punto, la altura es 0, por lo que la energía potencial es 0 y la energía cinética es 500 julios.
• 🔄 El principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma entre energía potencial y cinética.
• 📏 Se puede usar la energía mecánica en puntos específicos para resolver problemas complejos, como calcular la altura máxima o la velocidad de un objeto.
• 🔢 En un ejemplo práctico, se calcula que la energía mecánica de una vara lanzada hacia arriba es constante en 0.32 julios.
• 🎯 La altura máxima que alcanza la vara se puede determinar usando la fórmula de energía potencial, resultando en 3.26 metros.

Q & A

¿Qué es la energía mecánica según el guion del video?

La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial, y se mantiene constante a lo largo de un movimiento ideal sin la acción de fuerzas de fricción.

¿Cuál es la fórmula para calcular la energía potencial?

La energía potencial se calcula mediante la fórmula: masa por gravedad por altura.

¿Cómo se determina la energía cinética en el momento en que un objeto se encuentra en reposo?

Cuando un objeto está en reposo, su velocidad es 0 metros por segundo, por lo tanto, su energía cinética es 0 julios.

¿Cómo se calcula la energía cinética si se conoce la masa y la velocidad de un objeto?

La energía cinética se calcula a través de la fórmula: 0.5 veces la masa por el cuadrado de la velocidad.

¿Qué principio se demuestra con la conservación de la energía mecánica en el video?

El principio de conservación de la energía mecánica demuestra que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma de una forma a otra, manteniendo una suma constante de energía mecánica a lo largo del tiempo.

¿Cómo se relaciona la energía potencial con la altura de un objeto?

La energía potencial depende directamente de la altura a la que se encuentra un objeto, siendo mayor cuanto mayor sea la altura.

Si un objeto se lanza desde el suelo, ¿cuál será su energía mecánica inicial si la velocidad inicial es 0?

Si la velocidad inicial es 0, la energía cinética inicial también será 0, por lo que toda la energía mecánica inicial será potencial y dependerá de la altura inicial y la masa del objeto.

¿Cómo se calcula la energía mecánica en el punto más alto de un lanzamiento si la velocidad es 0?

En el punto más alto, donde la velocidad es 0, toda la energía mecánica se convierte en energía potencial, por lo que la energía mecánica en ese punto es igual a la energía potencial calculada con la fórmula: masa por gravedad por altura.

Si se sabe la energía mecánica y la energía potencial en un punto, ¿cómo se determina la energía cinética?

Si se conoce la energía mecánica y la energía potencial en un punto, la energía cinética se determina restando la energía potencial de la energía mecánica.

¿Cómo se calcula la altura máxima a la que alcanzará un objeto lanzado si se conoce su energía mecánica inicial y su masa?

La altura máxima se calcula utilizando la fórmula de la energía potencial y conociendo la energía mecánica inicial, dividiendo esta entre la masa del objeto, la gravedad y restando el resultado de la energía mecánica.

Outlines

00:00

🔬 Introducción al estudio de la energía mecánica

El vídeo comienza con Susi, quien nos presenta el tema de la energía mecánica, explicando que es la suma de la energía cinética y potencial. Se menciona que se trabajará bajo la hipótesis de ausencia de fuerzas de fricción. Se da una fórmula general para calcular la energía mecánica y se invita a los espectadores a explorar más sobre estos conceptos si lo desean. Se utiliza el ejemplo de una pelota en una rampa para ilustrar la conservación de la energía mecánica, mostrando cómo la energía cinética y potencial se transforman entre sí pero la suma total permanece constante.

05:02

🏋️‍♂️ Transformación de energía cinética y potencial

Susi profundiza en cómo la energía potencial se transforma en energía cinética a medida que la pelota se desplaza por la rampa. Se describe el proceso de conservación de energía mecánica, demostrando que a pesar de los cambios en la energía cinética y potencial, la suma de ambas permanece constante. Se utiliza el ejemplo de una cana lanzada para ejemplificar cómo calcular la energía mecánica, cinética y potencial en diferentes puntos del movimiento, resaltando la importancia de entender estos conceptos para resolver problemas relacionados.

10:16

📚 Cálculo de energías en diferentes puntos y altura máxima

El vídeo continúa con un problema práctico de lanzar una cana de 10 gramos a una velocidad de 8 metros por segundo. Se calcula la energía cinética y potencial en el punto de lanzamiento, en el punto a una altura de un metro y en el punto de máxima altura. Se demuestra cómo, conociendo la energía mecánica constante, se pueden encontrar las energías cinética y potencial en cada punto. Finalmente, se calcula la altura máxima que alcanzará la cana utilizando la fórmula de energía potencial y se resalta la importancia de comprender la transformación de energías para resolver problemas físicos.

Keywords

💡Energía mecánica

La energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética de un cuerpo. En el video, se menciona cómo la energía mecánica se conserva durante el movimiento de un objeto, lo que significa que no se crea ni se destruye, sino que se transforma entre energía cinética y potencial. Este concepto es clave para entender el principio de conservación de la energía.

💡Energía potencial

La energía potencial es la energía que tiene un cuerpo debido a su posición, en particular a su altura en relación con el suelo. En el video, se explica cómo la energía potencial de una bola en una rampa depende de su masa, la gravedad y su altura, siendo un ejemplo cuando se dice que la bola tiene 500 julios de energía potencial en un punto específico.

💡Energía cinética

La energía cinética es la energía que posee un cuerpo en movimiento debido a su velocidad. En el video, se menciona cómo esta energía es cero cuando un objeto está en reposo y aumenta a medida que la velocidad del objeto incrementa, como se ve en el caso de la bola en movimiento en una rampa.

💡Principio de conservación de la energía

Este principio establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra. El video lo ejemplifica mostrando cómo la energía potencial de un cuerpo se convierte en energía cinética a medida que se mueve, pero la energía mecánica total del sistema permanece constante.

💡Gravedad

La gravedad es la fuerza que atrae a los cuerpos hacia la Tierra. En el video, se utiliza un valor aproximado de la gravedad, 9.81 m/s², para calcular la energía potencial de un objeto en función de su masa y altura.

💡Joule

El joule es la unidad de medida de la energía en el sistema internacional. En el video, se utiliza el joule para expresar la cantidad de energía potencial y cinética que posee un cuerpo en diferentes puntos de su movimiento, como cuando la energía mecánica se mantiene constante en 500 julios.

💡Velocidad

La velocidad es una magnitud que indica cuán rápido se mueve un objeto en una dirección determinada. En el video, se menciona cómo la velocidad afecta directamente la energía cinética de un cuerpo, ya que esta depende del cuadrado de la velocidad.

💡Masa

La masa es una propiedad física que representa la cantidad de materia en un cuerpo. En el video, se utiliza la masa de un objeto para calcular tanto la energía potencial como la cinética, como en el ejemplo de la bola que se mueve sobre una rampa.

💡Altura

La altura es una medida vertical que influye en la energía potencial de un objeto. En el video, se calcula la energía potencial de un cuerpo en función de su altura respecto al suelo, como cuando se menciona la altura de un metro para calcular la energía potencial de la bola.

💡Energía constante

La energía constante se refiere al hecho de que la energía mecánica de un sistema se mantiene sin cambios durante el movimiento, a menos que intervengan fuerzas externas como la fricción. En el video, se menciona que la energía mecánica de la bola en movimiento es constante y se mantiene en 500 julios en todo el proceso.

Highlights

Introducción al concepto de energía mecánica y su cálculo.

Explicación de los dos componentes clave: energía potencial y energía cinética.

La energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética.

En ausencia de fuerzas de fricción, la energía mecánica se mantiene constante.

Fórmula de la energía mecánica: Energía potencial (masa × gravedad × altura) + Energía cinética (0.5 × masa × velocidad^2).

Descripción de un ejemplo práctico con una bola en una rampa y cómo varían las energías potencial y cinética.

La energía potencial depende de la altura, mientras que la energía cinética depende de la velocidad.

El principio de conservación de la energía: la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

Ejemplo de cómo la energía potencial se transforma en energía cinética cuando una bola cae.

En el punto más alto, la velocidad es cero, por lo que la energía cinética también es cero.

Cálculo detallado de la energía cinética y potencial en diferentes puntos de un problema de lanzamiento.

Explicación sobre cómo convertir la masa de gramos a kilogramos al resolver problemas.

Cálculo de la altura máxima que alcanzará un objeto usando la fórmula de la energía potencial.

Clarificación sobre el uso de unidades del sistema internacional para evitar errores.

Importancia de identificar puntos clave (inicial y final) en problemas para encontrar las energías correspondientes.

Transcripts

Hello everyone, I am Susi and welcome to my channel.

In this video we are going to learn what mechanical energy is and how to calculate it.

So let's get to it.

To be able to work with mechanical energy, to know what it is and to know how to calculate it, we must

know these two concepts before, potential energy and kinetic energy, because

mechanical energy is the sum of both. All this that we are going to see in this video is taking

into account this mechanical energy that is not going to act any force of friction, no force

that rests energy. If there is any force that acts as a force of friction, it would be

otherwise. Well, keeping that ideal situation in which there are no forces that act against

that energy, that is, that that energy rests, this would be the formula and we must then know that

potential energy is mass by gravity by height plus the kinetic energy, which is a medium, by

mass by the speed squared. If you need to go into more detail about each of these

concepts, potential energy and kinetic energy, click on the box that I explain more

in detail. Well, here as we see, the potential energy is that energy that is in a body

depending on the height at which that body is located. However, kinetic energy

depends on the speed at which that body goes at that moment, in which that kinetic energy is measured.

Suppose that here we have a ball that we throw on this ramp. Let's study this case for a moment

to understand now the principle of conservation of energy. At this initial moment, the speed,

the initial speed is 0 meters per second, right? So if we study kinetic energy here,

of this ball, kinetic energy is the one that depends on the volume, sorry, on the volume

of the speed, that would be a half of the mass that that ball had by the speed squared,

but since the speed is 0, kinetic energy therefore at this point is 0 joules.

Let's study potential energy at this point. Potential energy is the one that depends on the

height at which it is, therefore it will depend on the height that it has, the mass that it has. So, let's suppose,

let's assume that it is 500 joules of potential energy. What mechanical energy will it have in this

point 1, let's call it. In point 1, the mechanical energy of point 1 will be the sum of both, 0 plus 500

500 joules, right? I have invented, I have invented that imagine that we know the mass of the

body and we know what height it has at this point, it would be 500 joules. Well, let's suppose

that the ball here and here and we study it at this point 2, point 2. Here it does have

an acquired speed, right? Therefore, kinetic energy is no longer going to be 0. Let's suppose

that it gives us the speed that we calculate and suddenly we get that kinetic energy

has 200 joules and we calculate the potential energy. Here the height has already changed, the mass

has changed, therefore the potential energy varies and let's suppose that now it is 300 joules.

If now I assume the mechanical energy at this point, it would be 200 plus 300, 500.

And at this point 3, here it is important to know

that there is a speed, it has also increased, there is also what height the ball has at this

point, the height is 0, 0 meters. Therefore, what is going to happen to us with the potential energy? The

potential energy, which depends on the height, when it is 0, it multiplies everything and it will be 0.

Therefore, I already know that here the potential energy will be 0 and the kinetic energy,

yes or yes, will be 500 joules. And now we are going to understand all this that I have just described. Therefore,

if I add everything, 500 joules. As you can see, the mechanical energy will be the same throughout the

process, throughout the entire movement that this ball has. This is the principle of

conservation of energy. Energy is neither created nor destroyed, it is transformed and here you see it. At

this point the kinetic energy was 0 and the potential energy was 500. What has happened at this point?

The kinetic energy has been transformed, that is, the potential energy has decreased but in

return it has been reduced and there is kinetic energy. Part of the potential energy has been transformed

into kinetic energy. And here the same thing that has happened. The potential energy has been transformed

into kinetic energy. The point is that the mechanical energy has remained constant

throughout the entire movement that this ball has made. Therefore, this is something that we

must know. Mechanical energy is going to be a constant because I remember that energy

is neither created nor destroyed, it is transformed. You see, here it is very clear that it is transformed into another

type of energy. We go with kinetic and potential, you see that it is transforming but the

mechanics is a constant, it does not vary, it is 500 throughout this whole movement. Well,

this is very important to know at the point, we could call it at the initial point and at the final point

and in between what happens. The initial point and the final point can be used in many problems

to calculate the mechanical energy because knowing that at this point kinetic energy is 0,

I can find the potential energy and knowing the potential energy I am going to know then the

mechanical energy because here we see that the potential energy is going to be equal to the mechanical energy.

At this point 0. At this final point, what is going to be equal to mechanical energy? The kinetic energy.

So, knowing these different points where we can find ourselves, it will help us a lot

when it comes to solving the different problems that exist in this style. We are going to perform this problem

in which it tells us that from the ground we throw a cane up 10 grams of mass

at a speed of 8 meters per second. We throw the cane, it reaches this height and then it will go down.

What we have to calculate here is going to be at the initial point at one meter and at the final point

the kinetic energy, the potential energy and the mechanical energy in these three points.

We are going to do it to practice what we have just seen. So we are going to start. We must know then

in these three points, we are going to start if you want from the launch, that kinetic energy in

this case, we know that kinetic energy is the one that depends on the speed, we can calculate it, it would be

a half. For the mass, we have the mass of the cane, yes, 10 grams, but be careful, here you would make a mistake.

The mass here is always in kilograms, so it is not 10. We are going to pass it from kilogram to gram,

dividing by 1000, 0.01 kilograms. And the speed squared, what speed does it give me? 8 meters

divided by second, it is in the units of the international system, 8 squared. We calculate all this,

8 squared, 64 times 0.01 times 0.5, a half, 0.5, 0.32 joules.

With this I have found out the kinetic energy at this point.

The potential energy, what do we know about the potential energy at this point? We know that

by having height 0, because it is on the ground, 0 meters high, we will get 0, therefore,

the potential energy is 0 joules. Have you seen how easy it is in this case? And what would then be the

mechanical energy at this point? The sum of both, therefore, if I add 0 to 0.32, we have

that the mechanical energy, which is the sum of both, we get 0.32 joules. And surely someone has already

realized that since the mechanical energy that we have just seen, that throughout the whole process,

it will be the same, because it is a constant, we already know what the mechanical energy will be at this point

and what it will be at the highest point as well. It will be 0.32. So come on, it seems that we are doing

well. At this point we have to find out the potential energy and the kinetic energy as well,

and the mechanical energy that we already know. The potential energy at this point depends on the

height. We have height, yes, it gives us that it is one meter high. The gravity, 9.8, 9.81,

depends on the data you use. And the mass we also have it, therefore, come on, let's find out

the potential energy, because we have all the data. The mass, remember, the 10 grams are 0.01

kilograms. Gravity, I use 9.81. Height, one meter. Therefore, we multiply all this, 9.81,

by 0.01, 0.0981 joules. Potential energy, seen. The kinetic energy, for kinetic energy

I am going to need the speed at this point. I don't have it, but I just found out that the

mechanical energy is 0.32. So, if the mechanical energy is 0.32, if I also have the

potential energy, I have this and this, well, then I find out the kinetic energy in this way.

I have the mechanical energy equals the potential energy plus kinetic energy. Therefore, the

mechanical energy is 0.32. The potential energy, I just found out, 0.0981 plus the kinetic energy.

Therefore, the mirror is subtracting, the kinetic energy is going to be equal to the subtraction of 0.32

minus 0.0981. 0, I'm going to round, okay, to two decimals, 0.22 joules will be the kinetic energy

at this point. Here and here, you see? And the mechanical energy, I will not put it again, but at this point

it will be the same. We must know that, indeed, as it is a constant, it is the same

throughout the process. And now here, at the highest point, we are going to see. At the highest point,

what happened to us was that the speed, that is, once it rises, the highest point

reaches it when it reaches speed 0 and begins to fall. Therefore, at the highest point,

the speed will be 0 meters per second. With that, I know that this energy, that is, the kinetic energy,

is going to give me 0 joules, because there is no speed at that point. If I know that the kinetic energy

is 0 joules, I know that the total of the mechanical energy is going to be 0.32, in this case, therefore,

the potential energy is going to be equal to the mechanical energy, that is, 0.32 joules.

And with this we have already found out what this section of the problem asked us. In each point,

find out the kinetic energy, the potential energy and the mechanics. The mechanics, well, although I have not

written it all, it will be 0.32. But do you see these points? The initial point and the final point are

keys, they give us a lot of information. Thanks to having found out here that the kinetic energy,

in this case, 0.32, here coincides with the mechanical energy because the potential energy is 0

and from there we have been able to solve the rest of the energies in the different points.

And now we are going to find out one more part of this problem. In this section, what we have to do is

find out what is going to be that maximum height that the canister is going to reach, that is, what is going to be

that final height when it reaches speed 0 and then it starts to fall. Well, what is it going to be? How

would we find out? Think about it. At this point, the potential energy, which is taken into account

the height that you are asking me about, we know it. Do we know the potential energy? We know that

it is 0.32. I am going to put the formula here. We know that the potential energy is mass by gravity by

height. I have the potential energy because I have just found out 0.32. We also know that the mass

is 10 grams, which is 0.01 kilograms, by the gravity of 9.81 and what I have left out is the

height. Therefore, from here I found out the height. We are going to multiply 9.81 by 0.01 and we get

0.981 as we had put here and now, as this multiplication is on this side, I am going to

go here dividing to clear the height. I already have 0.32. I divide it by 0.0981 and I get

that the height is going to be 3.26, rounding to two decimals, meters. We are working with meters.

That is going to be the maximum height that this caneca is going to reach, that it has that mass, that it goes at that

initial speed, etc. You see how from there, already knowing clearly these two formulas and seeing

how kinetic and potential energy works along that movement of the body, I can

actually perform any problem and I can find out any of the incognitas demanded,

having these concepts clear.

And that's it for today's video. If you liked the video, give it a like and share it.

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Have a good day and see you in the next video.