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Conservación de la energía mecánica y despeje de la velocidad

📄 teoria fisica 🎓 secundaria · 2° Secundaria México 🇲🇽 MX 🗣 Español
Página 140
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Página 140 de Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico.   Libro de Educación Secundaria Grado 2°  Ciclo Escolar 2025 - 2026
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Respuesta rápida

v = \sqrt{\frac{2E_{p}}{m}}; con E_{p}=2403.5\,\text{J} y m=70\,\text{kg}, v \approx 8.29\,\text{m/s}.

📚 theory fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 140

Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Secundaria Grado 2° Ciclo Escolar 2025 - 2026

1
Ejercicio 1

Deduce la expresión de la velocidad a partir de la igualdad entre energía potencial y energía cinética.

  1. Se parte de la igualdad por conservación de la energía mecánica:

E_{p} = E_{c} = \frac{1}{2}mv^{2}

  1. Se iguala la energía potencial con la cinética:

E_{p} = \frac{1}{2}mv^{2}

  1. Se multiplica por 2 en ambos miembros:

2E_{p} = mv^{2}

  1. Se divide entre la masa m:

v^{2} = \frac{2E_{p}}{m}

  1. Se aplica raíz cuadrada en ambos miembros:

v = \sqrt{\frac{2E_{p}}{m}}

Respuesta

v = \sqrt{\dfrac{2E_{p}}{m}}

2
Ejercicio 2

Calcula la velocidad del patinador si E_{p} = 2403.5 \, \text{J} y m = 70 \, \text{kg}.

  1. Se escribe la fórmula despejada:

v = \sqrt{\frac{2E_{p}}{m}}

  1. Se sustituyen los valores:

v = \sqrt{\frac{2(2403.5 \, \text{J})}{70 \, \text{kg}}}

  1. Se multiplica el numerador:

v = \sqrt{\frac{4807 \, \text{J}}{70 \, \text{kg}}}

  1. Se divide:

v = \sqrt{68.6714\ldots \, \text{m}^{2}/\text{s}^{2}}

  1. Se calcula la raíz cuadrada:

v \approx 8.287 \, \text{m/s}

Nota: el valor impreso en el libro (68.67 \, \text{m/s}) corresponde al cociente 2E_{p}/m antes de extraer la raíz; la velocidad correcta es \approx 8.29 \, \text{m/s}.

Respuesta

v \approx 8.29 \, \text{m/s}

Contenido de la página

En esta fórmula se tiene solamente la energía potencial, pero se sabe, por la conservación de la energía mecánica, que la energía potencial es igual a la cinética.

E_{p}=E_{c}=\frac{1}{2}mv^{2}

Y al despejar la velocidad:

E_{p}=\frac{1}{2}mv^{2}

mv^{2}=2E_{p}

v=\sqrt{\frac{2E_{p}}{m}}

En este caso, es:

v=\sqrt{\frac{2(2403.5\,\text{J})}{70\,\text{kg}}}=68.67\,\text{m/s}

En la vida real, la energía contenida en el movimiento del patinador, cuesta abajo en una rampa, no es el total de la energía cinética calculada, sino un poco menos debido a que cierta energía mecánica se transforma en térmica. Esto sucede porque existe una fuerza de rozamiento entre las ruedas y la superficie, que se convierte en calor, por lo que la energía cinética disminuye un poco.

La conservación de la energía mecánica se basa en que las energías cinética y potencial tienen una relación inversa, es decir, si hay una disminución de la energía potencial, la energía cinética aumenta en la misma proporción, y la suma de los cambios será igual a cero.

La energía puede manifestarse de diferentes maneras, tales como potencial, la cual se acumula al realizar un trabajo para subir un objeto a cierta altura, o la cinética, la cual es de movimiento. Finalmente, a la suma de ambas energías se le llama energía mecánica, donde ésta se conserva al pasar de un estado a otro.

Ejemplos resueltos

Calcula la velocidad de un patinador de 70\,\text{kg} si su energía potencial es 2403.5\,\text{J}.

v=\sqrt{\frac{2(2403.5\,\text{J})}{70\,\text{kg}}}=\sqrt{68.67\,\text{m}^{2}/\text{s}^{2}}\approx 8.29\,\text{m/s}

Tabla

Magnitud Símbolo Unidad
Energía potencial E_{p} J
Energía cinética E_{c} J
Masa m kg
Velocidad v m/s

Diagrama

flowchart LR
  A[Energía potencial] -->|disminuye| B[Energía cinética]
  B -->|aumenta| C[Energía mecánica constante]
  A --> C
  B --> C
  C -->|rozamiento| D[Energía térmica]

Fórmulas y ecuaciones

v=\sqrt{\frac{2E_{p}}{m}}

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

mv^{2}=2E_{p}

v=\sqrt{\frac{2E_{p}}{m}}

v=\sqrt{\frac{2(2403.5\,\text{J})}{70\,\text{kg}}}

Glosario (5)

Energía potencial
Energía almacenada por un objeto debido a su posición o altura.
Energía cinética
Energía asociada al movimiento de un cuerpo.
Energía mecánica
Suma de la energía potencial y la energía cinética de un sistema.
Rozamiento
Fuerza que se opone al movimiento entre dos superficies en contacto.
Energía térmica
Energía interna asociada a la temperatura, producida por la disipación de energía mecánica.

Preguntas para practicar

¿Por qué en la vida real la energía cinética del patinador es menor que la calculada?

Porque parte de la energía mecánica se transforma en energía térmica debido a la fuerza de rozamiento entre las ruedas y la superficie. Esa energía se disipa en forma de calor y no se recupera como movimiento.

¿Qué significa que la energía mecánica se conserve?

Significa que la suma de la energía cinética y potencial permanece constante cuando no actúan fuerzas disipativas. Si la energía potencial disminuye, la cinética aumenta en la misma proporción, de modo que la suma de los cambios es cero.

Temas y conceptos clave

Conservación de la energía mecánicaDespeje de la velocidadEnergía térmica por rozamientoEnergía potencialEnergía cinéticaEnergía mecánicaRozamientoCalor
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Figuras de la página (1)

Ilustración de patinadores en una rampa: uno desciende, otro asciende y dos observan; representa la transformación entre energía potencial y cinética.
Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cómo se despeja la velocidad de la fórmula de energía cinética?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Por qué la energía mecánica no se conserva totalmente en una rampa real?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué relación existe entre energía potencial y energía cinética?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • Concepto de energía y trabajo
  • Fórmula de energía cinética $E_c=\frac{1}{2}mv^{2}$
  • Fórmula de energía potencial $E_p=mgh$
  • Despeje de variables y raíz cuadrada
Siguiente tema sugerido
Transformación de la energía mecánica en energía térmica por rozamiento
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1480 caracteres

En esta fórmula se tiene solamente la energía potencial, pero se sabe, por la conservación de la energía mecánica, que la energía potencial es igual a la cinética.

E_{p}=E_{C}=\frac{1}{2}mv^{2}

Y al despejar la velocidad:

E_{p}=\frac{1}{2}mv^{2}

mv^{2}=2E_{p}

v=\sqrt{\frac{2E_{p}}{m}}

En este caso, es:

\eta=\sqrt{\frac{2(2403.5\mathrm{~J})}{70\mathrm{~kg}}}=68.67\mathrm{~m/s}

En la vida real, la energía contenida en el movimiento del patinador, cuesta abajo en una rampa, no es el total de la energia cinética calculada, sino un poco menos debido a que cierta energía mecánica se transforma en térmica. Esto sucede porque existe una fuerza de rozamiento entre las ruedas y la superficie, que se convierte en calor, por lo que la energía cinética disminuye un poco.

La conservación de la energia mecánica se basa en que las energias cinética y potencial tienen una relación inversa,es deci, si hay una disminución de la energia potencial, la energía cinética aumenta en la misma proporción, y la suma de los cambios será igual a cero.

La energia puede manifestarse de diferentes maneras, tales como potencial, la cual se acumula al realizar un trabajo para subir un objeto a cierta altura, o la cinética, la cual es de movimiento. Finalmente, a la suma de ambas energias se le llama energia mecánica, donde ésta se conserva al pasar de un estado a otro.

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