Pregunta 3a: respuesta libre del examen AP Physics 1 (AP de Física 1) de 2015

un bloque se encuentra en una posición inicial x 0 y se encuentra en contacto con un resorte no comprimido de más insignificante el bloque se empuja hacia atrás sobre una superficie sin fricción desde la posición x igual a cero hasta x igual a menos de como se muestra en la figura de arriba comprimiendo el resorte una cantidad delta x igual a d el bloque comienza aquí y está en contacto con el resorte por lo que al inicio el resorte no está comprimido solamente está tocando el bloque y luego comenzamos a comprimir el resorte empujando el bloque hacia la izquierda y lo comprimimos una distancia de aquí está del tra x igual a d así que movemos este bloque hacia la izquierda una distancia de lo que comprime el resorte el bloque se libera cuando x es igual a 0 el bloque pasa por una parte rugosa del camino y eventualmente regresa a una posición de reposo x igual a 3 d al comprimir el resorte estamos realizando trabajo así el trabajo que estamos realizando se almacena como energía potencial en el sistema bloque resorte cuando lo soltamos la energía potencial se transforma en energía cinética por lo que el bloque se va a acelerar hasta llegar de nuevo a x0 en donde el resorte deja de estar comprimido y ya no va a estar empujando al bloque pero ahora el bloque tiene energía cinética y si esta parte gris de aquí no tuviera fricción el bloque se movería para siempre ya que en este problema suponemos que no hay resistencia al aire pero en esta parte si hay fricción por lo que el bloque se va a desacelerar con una tasa constante ya que tenemos una fuerza de fricción constante que se aplica a este bloque nos dicen el coeficiente de fricción cinética entre el bloque y la parte rugosa del camino es muy inciso en los ejes coordenadas de abajo dibuja y etiqueta una gráfica de las siguientes dos cantidades como función de la posición del bloque entre x igual a menos de iu x igual a 3 d no es necesario que calcules los valores del eje vertical pero debe usar la misma escala vertical para ambas cantidades y la energía cinética cae del bloque 2 y la energía potencial del sistema bloque resorte primero vamos a enfocarnos en la energía potencial ya que en la primera parte del problema cuando comprimimos el resorte es cuando comenzamos a poner energía potencial en este sistema bloque resorte así que cuál es la energía potencial almacenada en un resorte la energía potencial es igual a un medio porque la constante del resorte multiplicado por lo que se comprimió el resorte al cuadrado delta x al cuadrado delta x es que tanto comprimimos el resorte y lo elevamos al cuadrado si lo que acabo de escribir les es completamente desconocido los invito a ver los vídeos que tenemos en carnac a demi sobre la energía potencial almacenada en los resortes o el trabajo necesario para comprimir el resorte ya que dicho trabajo necesario para comprimir el resorte será la energía potencial que pondremos en el sistema aquí conforme comprimimos el resorte de terminaremos con una energía potencial igual a un medio de k la constante del resorte multiplicada por delta equis y delta x es d así que aquí ponemos d al cuadrado vamos a graficar esto aquí abajo justo cuando estamos en x igual a cero no tenemos energía potencial en nuestro sistema pero comenzamos a comprimir el resorte y cuando llegamos a x igual a menos de tendremos una energía potencial de un medio por la constante del resorte por d al cuadrado digamos que este valor en el eje de la energía se encuentra por acá aquí es un medio de cada por d al cuadrado y es la energía que tendremos cuando x sea igual a menos de es decir cuando hayamos comprimido el resorte hasta menos de esta no será una relación lineal recuerden que la energía potencial es igual a un medio por k por delta x al cuadrado lo que comprimimos el resorte al cuadrado así que la energía potencial aumenta al cuadrado de lo que comprimimos el resorte así que si comprimimos el resorte a la mitad tendremos un cuarto de la energía potencial por lo que veremos esto como el lado izquierdo de una parábola más o menos así esta es la energía potencial cuando llegamos a este punto en el que hemos comprimido completamente al resorte y lo soltamos qué va a pasar pues la energía potencial se va a transformar en energía cinética por lo que conforme el resorte acelera al bloque vamos a ir bajando esta curva de energía potencial hacia la derecha y después se convierte en energía cinética así que la energía potencial más la energía cinética tienen que ser constantes al menos durante este periodo de x igual a menos de hasta x igual a 0 la energía cinética comienza en cero está estacionaria y después el bloque comienza a acelerarse de manera que la suma de estas dos cosas debe ser a un medio por cada acorde al cuadrado como pueden ver si suman estas dos curvas en cualquier posición el resultado siempre será igual a este valor de manera que cuando llegamos a x igual a 0 toda la energía potencial ha sido transformada en energía cinética ya teniendo esta energía simétrica se mantendría en este nivel para siempre si no tuviéramos fricción ni resistencia al aire pero sabemos que el bloque se detiene cuando x es igual a 3 d por lo que en este punto se ha terminado toda la energía cinética y en que se habrá transformado esta valla seguramente se transformó en calor debido a la fricción recuerden que no se puede crear la energía de la nada la energía se transforma de una forma a otra así que la pregunta es qué tipo de curva es esta podemos conectar esto con una línea es algún tipo de curva aquí lo importante es darnos cuenta de que tenemos una fuerza de flexión constante durante todo el tiempo que el bloque se está desacelerando no está cambiando el coeficiente de fricción ni la fuerza de fricción ni tampoco cambia la masa del bloque por lo que la fuerza de fricción no cambia y va a actuar en contra del movimiento del bloque en esencia pueden ver a la fricción como algo que hace un trabajo negativo de manera que le quita energía al sistema si lo piensan relacionado a la distancia durante la misma cantidad de distancia va a estar quitando la misma cantidad de energía va a estar realizando la misma cantidad de trabajo negativo por lo que esto se va a estar decremento no linealmente así que lo dibujamos así un decremento lineal aquí debemos recordar que estamos graficando energía contra posición no velocidad contra posición ni velocidad contra tiempo o energía contra tiempo es energía contraposición y esto es lo que nos da esta relación lineal de aquí así que tenemos la energía cinética acá del bloque que pusimos en magenta esto es energía cinética y en azul tenemos y energía potencial energía potencial