Energía potencial y energía cinética con una pelota

Enunciado: Consigan una pelota y salgan al patio de la escuela. Tomen la pelota, álcenla y sosténganla por encima de sus cabezas, luego déjenla caer al piso y observen.

Preguntas del experimento:

¿Cómo se llama la energía que tienen los cuerpos cuando están a una altura sobre el piso?

1. Un cuerpo sostenido a cierta altura h almacena energía por su posición.
2. Esa energía se llama energía potencial (en este caso, potencial gravitatoria) y depende de la altura y del peso.
3. Su valor se calcula como E_p = m \cdot g \cdot h, donde m es la masa, g la gravedad y h la altura.

Si la pelota cae libremente, ¿qué energía tiene?

1. Mientras cae, su altura disminuye y su velocidad aumenta.
2. La energía potencial se transforma en energía cinética (energía del movimiento).
3. La energía cinética se calcula como E_c = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^{2}, con v la velocidad.

¿Qué energía tiene la pelota antes de caer y después de caer?

1. Antes de caer (sostenida en alto, quieta): tiene energía potencial máxima y energía cinética nula (v = 0).
2. Después de caer (detenida en el piso): ya no tiene energía potencial respecto al piso ni cinética, porque quedó en reposo; la energía se transformó en un pequeño sonido, en calor y en la deformación del rebote.

Respuesta orientativa: antes de caer tiene energía potencial; durante la caída esa potencial se convierte en cinética; al llegar al piso la energía se transforma en sonido, calor y deformación, y la pelota quieta ya casi no tiene ninguna de las dos.

Enunciado: Tomen la pelota y déjenla quieta en el piso. Patéenla y observen.

1. La pelota quieta en el piso no tiene energía potencial respecto al piso ni energía cinética, porque no se mueve.
2. Al patearla, la energía química de los alimentos que dio fuerza a la pierna se transfiere a la pelota.
3. La pelota se pone en movimiento: ahora tiene energía cinética, y si además sube por el aire, también recupera energía potencial.
4. Después, por la fricción con el aire y el suelo, la pelota se frena y su energía cinética se transforma en calor y sonido.

Respuesta orientativa: la pelota quieta no tiene energía de movimiento; al patearla adquiere energía cinética producida por la energía química del cuerpo del jugador, y con el tiempo esa energía se transforma en calor y sonido hasta que la pelota se detiene.