U 6-7

UNIDAD 6-7.

LA ENERGÍA. LUZ Y SONIDO

La energía es uno de los conceptos más importantes de la ciencia, lo encontramos no sólo en todas las ramas de la ciencia, sino que aparece en todos los aspectos de nuestra vida. El Sol nos da nergía, consumimos alimentos para tener energía, los coches se mueven con energía, etc. Sin embargo, tenemos constancia de la energía cuando se transfiere de un lugar a otro o cuando se transforma de una forma de una energía a otra, pero...

1. ¿CÓMO PODEMOS DEFINIR A ENERGÍA. 

Entendemos por energía la capacidad que tienen todos los cuerpos de producir cambios, en ellos mismos o en su entorno. 

Características:
- La energía puede presentarse de diversas formas pero todas ellas convertibles entre sí.
 - El valor total de energía de un cuerpo se conserva en todo fenómeno presente en la naturaleza. 

Por este motivo podemos definir el principio de conservación de la energía como: “En cualquier cambio, físico y químico, la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.” 

Unidades  La unidad de medida en el S.I. para la energía es el julio (J), pero encontramos también podemos encontrar habitualmente otra unidad, la caloría: 

    

A.1.  En la etiqueta de unos conocidos yogures leemos que por cada el valor energético de 100 g el valor energético de  es de.... ¿A cuántas calorías equivalen?

A.2.  Sin embaro en la etiqueta de unas galletas de chocolate leemos que por cada el valor energético de 100 g es de.... ¿A cuántas julios equuivalen?

¡TENÉIS QUE MIRAR LAS ETIQUETAS!

2. CALOR Y TRABAJO.  
El intercambio de la energía puede producirse por: calor y trabajo.

2.1. CALOR: Cuando dos cuerpos se encuentran a diferente temperatura, en este caso el cuerpo que se encuentra a mayor temperatura trasmite calor al que está a menor temperatura, hasta que alcanzan un equilibrio térmico. 
Como hemos dicho, el calor es una forma de energía en tránsito que aparece cuando ponemos en contacto térmico dos cuerpos a distinta temperatura. 

El calor y la temperatura son dos magnitudes físicas diferentes, pero estrechamente relacionadas. Si ponemos en contactos dos masas de agua a distinta temperatura el que se encuentra a mayor temperatura cede parte de la energía de sus partículas a el que tiene menor temperatura. Esta energía es lo que llamamos calor. 
Los efectos físicos del calor son la variación de temperatura, el cambio de estado de agregación de la materia o la dilatación de los cuerpos.

La transmisión del calor se puede realizar por: conducción, convección y radiación.

⏩ VER CONDUCCIÓN.
⏩ VER CONVECCIÓN

A.3.   Las vías del tren tienen separaciones entre sus distintos tramos. ¿Para qué crees que sirven? A.4  ¿Por qué un abrigo de lana nos protege del frío? A.5. ¿En cuál o en cuáles de las formas de propagación del calor existe un desplazamiento de masa de la sustancia caliente?

 RECUERDA: La temperatura, de acuerdo con la Teoría Cinética es una magnitud escalar que mide el grado de agitación molecular de las partículas de un cuerpo. Habitualmente, utilizamos dos escalas de temperaturas Centígrada o Celsius y Kelvin o Absoluta 

                                                           
                                                                 K  =  ºC + 273 E

A.6.  Expresa en kelvin las siguientes temperaturas: a) 0ºC; b) 25ºC; c) 100ºC; d) -20ºC A.7.  Expresa en ºC las siguientes temperatura: a) 293 K; b) 300 K; c) 400 K; d) 200 K

2.2. TRABAJO.

El intercambio de energia que tiene lugar cuando dos cuerpos interaccionan entre sí mediante fuerzas se denomina trabajo.

Para que que se ralice un trabajo, la fuerza que actúa debe producir un desplazamiento.

3. TIPOS DE ENERGÍA: CINÉTICA Y POTENCIAL 

Podemos encontrar la energía de diferentes maneras: en forma de movimiento (energía cinética, Ec), de posición (energía potencial, Ep). 

Y llamamos energía mecánica, Em, a la suma de la energía cinética y de la energía potencial. 

4. ENERGÍA CINÉTICA. 
La energía cinética es aquella asociada al movimiento. La energía cinética depende de la masa y de la velocidad según la ecuación: 

Esto significa que cualquier cuerpo que posee una masa y tiene una velocidad posee una energía. 

Por ejemplo, una piedra que ha sido lanzada por el aire posee una energía que sabemos capaz de transformar el objeto sobre el que golpee.
⏩ VER Energía Cinética.

A.8.  Calcula la energía cinética de una patinadora de 54 kg cuando se desplaza a una velocidad de 10 m/s. A.9. Calcula la velocidad de un patinador de 60 kg que tiene una energía cinética de 3000 J.

 4. ENERGÍA POTENCIAL. 
Un objeto almacena energía debido a su posición. Por ejemplo, un muelle que se estira o se comprime tiene energía potencial, las gomas del tirachinas tienen energía potencial. Si elevamos objetos contra la gravedad terrestre se habla de energía potencial gravitatoria. 
La cantidad de energía gravitatoria que tiene un cuerpo elevado a una altura h, es igual al trabajo realizado contra la gravedad para llevarlo a esa altura, la fuerza que hay que realizar para elevar el cuerpo como mínimo es igual al peso del objeto. 

Esta energía va a depender de la altura y el peso del cuerpo según la ecuación: 

donde m =masa (Kg) g = gravedad (m/s2) h = altura (m) 
Esto significa que cualquier cuerpo, por el simple hecho de estar situado a una cierta altura de la superficie de la tierra, ya posee una energía en función, como hemos visto en la ecuación, de la masa, la altura y la gravedad, dependiendo del planeta en que se encuentre (si está en la tierra esta gravedad será 9,8 m/s2). Debido a que esta energía depende de la posición del cuerpo con respecto al centro del planeta también recibe el nombre de energía potencial gravitatoria.

⏩ VER: Energía potencial.

A.10.  ¿Qué energía potencial tiene una nadadora de 50 kg situada en lo alto de un trampolín a 25 m de altura? A.11.  Se deja caer un balón de 0,6 kg desde el aro de una canasta de baloncesto situada a 3 m de altura; cuando está a mitad de camino al suelo y su velocidad es de 5,42 m, calcula. a) Su energía potencial; b) Su energía cinética; c) Su energía mecánica.

5. OTROS TIPOS DE ENERGÍA 
La enrgía cinética y la potencial, dependiendo de la forma en que se manifiestan, se llaman: 
a) Energía ingterna y térmica de un cuerpo es la suma de las energía cinéticas y potenciales de las particulas que lo componen
b) Energía eléctromagnética es la que transportan las ondas eléctrica y magnéticas
Energía radiante
c) Energía química es la que se produce en un cambio o reacción química
d) Energía nuclear es la que se almacena en el interior del núcleo de los átomos.

O también se nombran de acuerdo con su origen o fuente de energía. De forma genérica, las podemos clasificar:
a) Fuentes de energía renovables: se generan fácilmente y son inagotables. Ejemplo: energía hidráulica (agua), energía eólica (viento), energía solar (sol), energía geotérmica (interior de la Tierra), energía maremotriz (mar) y la biomasa
b) Fuentes de energía no renovables: se consumen a un ritmo más rápido del que se gneran en la naturaleza, por tanto terminarán por agotarse. Ejemplo: carbón, petróleo, gas natural y urenio (energía nuclear).

A.12.  ¿Qué tipo de fuentes son más contaminantes, las renovables o la no renovables? A.13.  ¿Qué fuentes de energía genera mayor impacto medioambiental por aumento del efecto invernadero? A.14. Según tu opinión ¿que tipo de energía se debía potenciar e implantar en Andalucía? ¿por qué?

 5. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA. 

Un cuerpo puede tener energía potencial y cinética a la vez. Por ejemplo la manzana que cae de un árbol: tiene energía potencial porque tiene peso y está a una altura y al pasar los segundos la irá perdiendo (disminuye la altura) y se irá convirtiendo en energía cinética debido a la velocidad que adquiere. 

PRRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA.
En ausencia de fuerzas de rozamiento, las energías cinética y potencial se transforman entre sí y su suma (energía mecánica) permanece constante, es decir, se conserva.

Ec1 + Ep1 = Ec2 + Ep2 

⏩ VER Montaña rusa A.15.  Desde una altura de 16 m se deja caer una vagoneta de una montaña rusa de 200 kg. a) Qué velocidad llevará a 10 m de altura? b)  Qúe velocidad llevará a 1 m de altura? ⏩VER pista patinaje A.16. Un patinador de 50 kg de masa lleva una velocidad horizontal de 7 m/s y llega a una rampa inclinada.  a) ¿Qué  velocidad tendrá cuando alcance 1 m de altura sobre la rampa? b)  ¿Qué  velocidad tendrá cuando alcance 2 m de altura sobre la rampa? c) ¿Qué  altura  alcanzará sobre la rampa?

6. ¿AHORA nos toca trabajar?

Busca información sobre los siguientes hechos experimentales y contesta las cuestiones: 

1.- ¿Qué es una onda?
2.-¿Cuál es la velocidad de la luz? 

3.- ¿La velocidad de la luz vale lo mismo en cualquier medio donde se propague la luz? Si no es así, busca cuál es la velocidad de la luz en el agua y en el vidrio. 

4.- ¿Qué es la reflexión de la luz? 

5.- ¿Qué es la refracción de la luz? 

6.- ¿Qué es un espejo?. ¿Qué fenómeno de la luz tiene lugar en un espejo cuándo la luz choca con su superficie? 

7.- ¿Qué es una lente? ¿Qué fenómeno tiene lugar cuando la luz atraviesa una lente? 

8.- ¿Qué es una lente convergente y otra divergente? 

9.- ¿Cuántos colores forman la luz blanca?
10.- ¿Qué es el sonido?
11.- ¿Cuál es la velocidad del sonido?
12.- ¿En qué consiste el eco? ¿Cómo se produce?

CUESTIONES Y PROBLEMAS.

1. ¿De dónde procede la energía que consumimos en casa?

2. Cuándo sostienes un objeto, ¿posee algún tipo de energía?

3. Cuando tienes las manos frías y las frotas ¿qué transformación de energía se produce?

4. ¿Que transformación de la energía se produce cuándo enciendes la vitrocerámica y calientas la comida?

5. Calcula la masa de un cuerpo cuya velocidad es de 10 m/s y su energía cinética es de 1.000 J.

6. Determinar el valor de la velocidad que lleva un cuerpo cuya masa es de 3 kg y su energía cinética es de 600 J.

7. Determina la energía cinética de una pelota de 100 g de masa si lleva una velocidad de 30 m/s.

8. Calcula la energía potencial de un saltador de trampolín si su masa es de 50 kg y está sobre un trampolín de 12 m de altura sobre la superficie del agua.

9. ¿Cuál de los dos personajes de ficción tiene mayor energía mecánica?

a) Supermán, de 90 kg, volando a 60 m de altura a una velocidad de 72 km/h.

b) Spiderman, de 60 kg, saltando a una altura de 90 m a una velocidad de 20 m/s.
10. Un gorrión de 30 g de masa está posado sobre la rama de un árbol situada a 3 m de altura sobre el suelo. Determina su energía potencial y su energía mecánica.
11. Un tiesto de 1 kg s eencuentra en una jardinera elevada en un alféizar a 6 m de altura. ¿qué enrgía potencial tiene? ¿En qué se transforma esa energía si el tiesto cae hacia el suelo? ¿Cuanta energía cinética tendrá al llegar al suelo?
12. Expresa en kelvin las siguientes temperaturas: a) 10ºC; b) 0ºC; c) -50ºC
13. Expresa en ºC estas temperaturas: a) 230 K; b) 0 K; c) 430 K.
14. ¿Sería correcto decir que un cuerpo tiene una temperatura de -5 K? ¿Por qué?
15. El agua de un estanque se enfría durante la noche. ¿qué tipo de transmisión del calor hace que eso suceda?

13. ¿Por qué medios puede transmitirse el sonido? Si en una habitación se hace el vacío, ¿podrá oírse algo?

14.. ¿Qué nos permite reconocer voces de diferentes personas que puedan tener la misma intensidad o el mismo tono? 

15. ¿Cómo se define una onda? ¿Puedes definirla en términos de energía que se transmite?

16. Contesta a las siguientes preguntas sobre el sonido: 

a) Si dos personas emiten exactamente la misma nota al cantar una canción, ¿cómo es posible que distingamos sus voces? 

b) En el teclado de un piano, ¿qué aumenta, en relación con el sonido, a medida que tocamos las teclas de izquierda a derecha? 

c) Si pulsamos una cuerda de una guitarra, suavemente primero y luego más fuerte, ¿cambia el tono del sonido? ¿Y el timbre? ¿Qué cambia realmente? 

17. ¿Cuándo se produce una onda?

18. Escribe si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. 

a) El sonido los producen las vibraciones de los cuerpos   

b) El sonido no transporta energía al propagarse 

c) El sonido no se propaga en el vacío            

d) El sonido no necesita un medio material para propagarse          

e) El sonido se propaga a la misma velocidad por cualquier medio material

19.. El sonido se propaga en el aire a 340 m/s,¿qué tiempo tardará en escucharlo una persona que se encuentra a 1.020 m de distancia?