Poseemos los siguientes datos :
m = 500 Kg
h = 10 m
Vi = 0 (0
porque es la energía cinética del objeto cuando se DEJA caer)
Vf = 10 m / s
g = 9, 8 m / s²
Consideremos que en caída libre, cuando se deja caer un objeto, la
Energía cinética inicial es 0, y la Energía potencial tiene su máxima
expresión ; luego, después de la caída, la Energía cinética es máxima, y la E
potencial es nula.
El trabajo mecánico (W) que será ejercido por la
gravedad sobre la bola de boliche puede calcularse por :
Ep = W = F x e = (m · g) h = m x g x h
Y como sabemos entonces que energía potencial es
igual a trabajo (Ep = W) decimos
Ep = m x g x h
Ep = 500 Kg x 9, 8 m / s2 x 10 m
Ep = 49000 Joules
49000 Joules será nuestra energia inicial.
A) La fuerza
que actúa sobre la bola depende de la masa y la gravedad :
F = m x g
F = 500 Kg x
9, 8 m / s2
F = 4900 N
b) La fuerza
gravitatoria, en condiciones normales, es igual a 9, 8 m / s2, que es el valor
empleado para realizar algunos cálculos acá.
C) Para el
cálculo de la fuerza de fricción del aire, debemos calcular la energía que se
pierde, que se calcula con la diferencia de las energias al inicio y al final.
Ahora
bien, ya calculamos la Ep, que es la que tiene la bola antes de dejarla caer,
debemos calcular la Energía cinética al final (Epf = 0), para poder calcular la
energía perdida.
Ec = ½ m x v²
Ec = ½ [ 500
Kg x (10 m / s)²]
Ec = ½ 50000
Ec = 25000 J
25000 J será nuestra energia final
Podemos decir
entonces que la energía que se pierde es igual al trabajo de la fuerza de
rozamiento del aire
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=%20W_%7Brozamiento%7D%20" /> = <img src="https://tex.z-dn.net/?f=%20E_%7Bfinal%7D%20" />(Ec) –<img src="https://tex.z-dn.net/?f=%20E_%7Binicial%7D%20" />(Ep)
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=%20W_%7Brozamiento%7D%20" /> = 25000
J – 49000 J
<img src="https://tex.z-dn.net/?f=%20W_%7Brozamiento%7D%20" /> = - 24000
J
Como se toma
en cuenta la fricción del aire, no se aplica el principio de conservación de la
energía.
D) La
explicación de la potencia en cada caso está explicada al principio de la
resolución del problema.