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Sección 3: Energía — trabajo mecánico, termodinámica, luz y campo eléctrico

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Fisica 3° · 2024

Portada de la Sección 3 del libro de Física del bachillerato ecuatoriano, dedicada a la Energía. Presenta una ilustración de conversión energía cinética–potencial en ciclistas y lista los temas 12 a 15: trabajo mecánico y energía, termodinámica, la luz y sus propiedades, y campo eléctrico.

Contenido de la página

SECCIÓN 3

ENERGÍA

Ilustración: tres ciclistas sobre una colina. Al subir la pendiente se indica "energía cinética"; en la cima, "energía potencial"; al descender, nuevamente "energía cinética". Representa la conversión entre energía cinética y energía potencial durante el movimiento. Fuente: https://n9.cl/4k4j5

Temas:

1. Trabajo mecánico y energía
1. Termodinámica
1. La luz y sus propiedades
1. Campo eléctrico

Ejemplos resueltos

Ejemplo ilustrativo de la ilustración de la portada: Un ciclista de masa $m=70\,\text{kg}$ asciende una colina de altura $h=20\,\text{m}$ . ¿Cuánta energía potencial gravitatoria gana en la cima? (Use $g=9,8\,\text{m/s}^{2}$ .)

La energía potencial respecto al pie de la colina es $E_{p}=mgh$ .
Sustituyendo: $E_{p}=70\,\text{kg}\times 9,8\,\text{m/s}^{2}\times 20\,\text{m}$ .
Multiplicando: $70\times 9,8=686\,\text{N}$ y $686\times 20=13\,720\,\text{J}$ .
Al descender, esa energía potencial se transforma en energía cinética (despreciando fricción). Respuesta: $E_{p}=1,37\times 10^{4}\,\text{J}$ .

Tabla

Tema	Concepto central	Magnitudes clave
12. Trabajo mecánico y energía	Relación entre fuerza, desplazamiento y energía	$W$ , $E_{c}$ , $E_{p}$
13. Termodinámica	Calor, trabajo y energía interna	$Q$ , $W$ , $\Delta E_{int}$
14. La luz y sus propiedades	Naturaleza y comportamiento de la luz	$c$ , $n$ , $\lambda$ , $f$
15. Campo eléctrico	Acción a distancia de las cargas	$\vec{E}$ , $q$ , $\vec{F}$

Diagrama

flowchart LR
    A[Energía cinética E_c = 1/2 m v^2] <-->|En la cima| B[Energía potencial E_p = mgh]
    B <-->|Al descender| A
    C[Trabajo mecánico W = F·d·cosθ] --> A
    D[Termodinámica] --> E[Calor Q y trabajo W]
    F[Luz] --> G[Propiedades: reflexión, refracción, ondas]
    H[Campo eléctrico] --> I[Fuerza eléctrica F = qE]

Fórmulas y ecuaciones

$E_{c}=@@MATH_0@@mv^{2}$

$E_{p}=mgh$

$W=F\cdot$ $d\cdot\cos\theta$

Primer principio de la termodinámica: $\Delta$ $E_{int}=Q-W$

$E_{c}=@@MATH_0@@mv^{2}$

$E_{p}=mgh$

$W=F\cdot$ $d\cdot\cos\theta$

$E_{mec}=E_{c}+E_{p}=$ $\text{constante}$

$\Delta$ $E_{int}=Q-W$

Glosario (5)

Energía cinética: Energía asociada al movimiento de un cuerpo; para un objeto de masa m que se desplaza con velocidad v es E_{c}=\frac{1}{2}mv^{2}.
Energía potencial: Energía almacenada por la posición o configuración de un sistema; por ejemplo, la energía potencial gravitatoria E_{p}=mgh cerca de la superficie terrestre.
Trabajo mecánico: Transferencia de energía que ocurre cuando una fuerza desplaza un cuerpo; W=F\cdot d\cdot\cos\theta y se mide en julios (J).
Termodinámica: Rama de la física que estudia el calor, el trabajo y la energía interna de los sistemas, mediante sus leyes fundamentales.
Campo eléctrico: Región del espacio alrededor de una carga eléctrica en la que actúa una fuerza sobre otras cargas; \vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}.

Temas y conceptos clave

Sección 3: Energía12. Trabajo mecánico y energía13. Termodinámica14. La luz y sus propiedades15. Campo eléctricoEnergía cinéticaEnergía potencialTransformación de energía mecánicaTrabajo mecánicoTermodinámicaPropiedades de la luzCampo eléctrico