Energía degradada, trabajo de una fuerza y energía potencial

Actividad: Se analiza una bombilla incandescente, distinguiendo energía disponible (la eléctrica que ingresa), energía útil (la luz producida) y se pregunta por dónde se manifiesta la energía degradada (la que se disipa como calor y no sirve para iluminar).

1. En cualquier dispositivo que transforma energía, se cumple: energía disponible = energía útil + energía degradada.
2. En la bombilla incandescente, gran parte de la energía eléctrica se transforma en energía térmica (calor) que se pierde al foco y al entorno, y no produce luz.
3. Los interruptores, cables o tomacorrientes no son la fuente principal de esa degradación energética en el sistema describiéndose.
4. Por lo tanto, la energía degradada se manifiesta como calor adquirido por la propia bombilla y su entorno.

Actividad: Dados la masa m=5\,\text{kg}, la aceleración a=2\,\text{m/s}^2 y el desplazamiento d=3\,\text{m}, se pide calcular el trabajo de la fuerza F.

1. Primero se halla la fuerza usando la segunda ley de Newton: F=m\cdot a.
2. Sustituyendo: F=5\,\text{kg}\times 2\,\text{m/s}^2=10\,\text{N}.
3. El trabajo se calcula con W=F\cdot d (la fuerza actúa en la dirección del desplazamiento, por eso θ=0 y ∘\cos 0^{\circ}=1).
4. Sustituyendo: W=10\,\text{N}\times 3\,\text{m}=30\,\text{J}.

Actividad: A partir de los datos del problema 8, se elige cuál de las gráficas de fuerza contra desplazamiento representa correctamente el problema (es decir, cuál muestra la fuerza F aplicada y el desplazamiento d dados).

1. En el problema 8 se tiene F=10\,\text{N} y d=3\,\text{m}.
2. En una gráfica de Fuerza (eje vertical) contra Desplazamiento (eje horizontal), la respuesta debe ser una línea horizontal en F=10\,\text{N} que se extiende hasta d=3\,\text{m}.
3. Al examinar las opciones, solo la gráfica d presenta una fuerza constante de 10 N sobre un desplazamiento de 3 m (las demás muestran fuerzas o distancias que no corresponden al enunciado).
4. El trabajo es precisamente el área bajo la curva: W=10\,\text{N}\times3\,\text{m}=30\,\text{J}, consistente con el inciso 8.c.

Actividad: Un paracaidista cae desde 3000 m; cuando ha descendido 2500 m abre el paracaídas. Con m=60\,\text{kg} y usando E_p=m\cdot g\cdot h, se pide la energía potencial en ese instante.

1. La altura inicial es 3000\,\text{m} y el descenso es de 2500\,\text{m}.
2. La altura que le queda al paracaidista al abrir el paracaídas es h=3000\,\text{m}-2500\,\text{m}=500\,\text{m}.
3. Se aplica la fórmula con g=9.8\,\text{m/s}^2: E_p=m\cdot g\cdot h=60\,\text{kg}\times 9.8\,\text{m/s}^2\times 500\,\text{m}.
4. Calculando: 60\times 9.8=588 y 588\times 500=294\,000\,\text{J}.
5. Por lo tanto, E_p=294\,000\,\text{J}.