Contenido principal
Tiempo actual: 0:00Duración total:10:05

Problema de trabajo/energía con fricción

Transcripción del video

bienvenido de vuelta a de otro problema sobre conservación de energía pero esta vez agrega de un cambio hasta ahora la energía total era la misma por la ley de la conservación pero eso es porque todas las fuerzas las fuerzas que actuaban eran fuerzas conservativa ahora vamos a introducir un poco de fricción y veremos que una parte de la energía se va a perder en esa fricción y podemos pensar un poco más sobre esto porque por ejemplo si se pierde a dónde va esa energía así que este ejercicio que voy a poner en este momento lo obtuve de la universidad de origo de oregón y la página es zeb1 un punto u oregón punto en el que parece que tienen muy buenos problemas de física así que voy a usar los y sólo quería asegurarme de que de que tengan el crédito que merecen muy bien entonces el problema nos dice que tenemos un una bicicleta y un ciclista ok que tienen una masa de 90 kilogramos en conjunto ok se encuentran en reposo sobre una colina entonces no sé digamos que estáis nuestra colina muy bien ahí tienen ustedes una colina quizás debería pintarla más o menos pronunciada algo así ahí tienen ustedes una colina nos dicen además que esta colina tiene 500 metros como ladera muy bien digamos la la longitud de esta ladera de 500 metros y tiene una inclinación de 5 grados muy bien entonces no sé más o menos a lo mejor así se ve esta colina a quitarle un poquito de este excedente muy bien y nos dice que aquí está un ciclista no sé nunca de pintado una bicicleta y menos pong con un personaje arriba tengo amigos que podrían pintar lo muy bien hay más o menos bien y tenemos a nuestro ciclista verdad que está ahí y conduciendo esta visita muy bien ahí tenemos nuestra bicicleta y la colina muy bien entonces ya que tenemos esto vamos a suponer que tenemos una fuerza de fricción promedio de 60 newtons muy bien tenemos una fuerza de fricción de 60 newtons vamos a ponerlo aquí una fuerza de fricción de 60 años y recordemos que la fuerza de fricción siempre actúa en dirección contraria al movimiento que en este caso pues era colina abajo muy bien entonces la pregunta que nos hacen es cómo podemos hallar la velocidad al pie de la colina es decir cuando éste este personaje y está en el pie de la colina cuál es su velocidad y definitivamente este es un problema de conservación de energía muy bien entonces sí vamos a tratar de utilizar esto podríamos intentar ver cuál es la energía potencial que tiene este ciclista al inicio entonces la energía potencial recordemos que es la masa por la aceleración debido a la gravedad por la altura verdad sin embargo nosotros no conocemos cuál es la altura de esta colina así que vamos a tener que hacer uso de un poco de trigonometría muy bien entonces aquí es la altura que queremos conocer y eso lo podemos saber porque sabemos cuánto mide la hipotenusa de este triángulo que es la colina y sabemos cuánto mide el ángulo de inclinación entonces sabemos que el seno de 5 grados es justamente el la altura que es el cateto puesto dividido entre la hipotenusa que mide 500 muy bien entonces la altura simplemente será 500 por el seno de 5 grados y sólo hay que calcular cuánto vale el seno de 5 grados entonces voy a sacar la calculadora y vamos a calcular el ceno de 5 0.0 87 que entonces esto sería algo así como 500 por 0.0 87 quiera ser punto ok ahí está bien y cuando nos da esto sí esto sí esto anterior lo multiplicamos por 500 que nos da nos da 43.6 digamos redondeado esto es más o menos 43.6 y la altura se mide en metros así que ya tenemos esta altura que es de 43 puntos 6 metros así que la energía potencial será la masa que es 90 kilogramos por la aceleración vamos a ponerlo no sé cómo la con morado que son 9.80 y un metro sobre segundo cuadrado por la altura que ya vimos cuanto es que son 43 puntos 6 metros entonces kilogramo metros sobre segundo al cuadrado nos da newtons por metro nos da jules bien entonces esto será algo que está en jules entonces tenemos aquí esto que x 9.8 vamos a dejarlo solo como 9.8 nos da este número que es 427.061 multiplicamos por 90 que es la masa nos da 38 43 5 déjenme ver a ver déjenme verificar que la 43.6 a claves que me salió distinto porque aquí era 43.6 y yo no hice se redondea entonces haber 43.6 por 9.8 9.8 vamos a dejarlo así por 90 eso nos da 38 4 5 538 mil 455 38 mil 455 jules el otro número de la más exacto pero vamos a dejarlo así utilizando este redondeo muy bien entonces esta cantidad de energía es muchísima son muchos dulces mucha energía y todo esto cuando llega al final será que todo esto se convierte en energía cinética pues casi lo que pasa es que aquí ya tenemos una fuerza de fricción y que que la fuerza de fricción no puedes pensar cómo que es una fuerza que se come de alguna forma la energía mecánica es como es una fuerza no conservativa ahora cómo vamos a ver esto esto lo podemos ver de lo siguiente la energía inicial la energía que teníamos al inicio del problema pues esencialmente es lo que voy a tener al final y además lo que se pierde por la fricción entonces va a ser la energía la energía perdida digamos la energía perdida por fricción por fricción más la energía que nos queda al final más la energía final muy bien vamos a dejarlo así el más la energía final entonces si uno piensa que que la energía perdida por fricción es un número negativo en realidad lo podemos escribir esto como como que tenemos nuestra energía inicial y si le sumamos la energía perdida por fricción que vamos a ponerlos y s&w efe que es el trabajo generado por la fricción y voy a suponer que este número es negativo que esto sería igual a la energía final a la energía final muy bien ahora que tenemos nosotros conocemos cuál es nuestra energía inicial verdad son 38 mil 455 yo les vamos a vamos a escribirlo en corto como 38.5 kilo jules verdad más el trabajo generado por esta fuerza de fricción que va a ser un número negativo y recordemos que el trabajo no es otra cosa más que fuerza por dista fue así que esto va a ser menos 60 x 500 que es nuestra distancia verdad si nosotros y nuestra bici se está moviendo en esta dirección entonces la fricción tiene que ir en esta otra dirección que es justamente la dirección contraria al movimiento que entonces tenemos menos 60 x 500 esto nos va a dar la energía final ahora bien esto es algo muy fácil de calcular porque tenemos que 60 x 500 son 30.000 y aquí tenemos 38 mil 455 así que si hacemos 38 mil 455 menos 30.000 nos quedan simplemente que la energía final es igual a 8 mil 455 jules muy bien y esto es la la energía final que es un medio de la masa por la velocidad al cuadrado así que podemos calcular la velocidad que tenía al final de todo esto verdad porque si la el 21 la masa es de 90 si dividimos entre 12 45 así que si hacemos 8.455 entre 45 nos da 187.925 dividimos entre 45 de ambos lados y nos da que leen la la velocidad al cuadrado más bien velocidad de aquí tenemos que la velocidad al cuadrado era 187.925 euros concluirá si sacamos la raíz cuadrada de esto que es 13.7 verdad entonces la velocidad es igual a 13.7 metros sobre el segundo muy bien y aquí es esencialmente lo que teníamos es un problema de observación de la energía no no estamos diciendo que no hay pérdida de energía sólo estamos diciendo que la energía que teníamos salir al inicio es justo la energía que se pierde más la energía que tiene nuestro ciclista al final muy bien y esto lo pudimos resolver esencialmente con un poquito de trigonometría y unas operaciones aritméticas muy sencillas así que lolo uno podría ponerse a pensar bueno si la energía no se pierde ni se crea sino sólo se transforma entonces qué le está pasando a esta energía que se pierde en la fricción y esto esencialmente se está convirtiendo en homo o más bien lo que está haciendo es que se genere como calor por ejemplo si tu te deslizas en una lija o a lo mejor si te has aumentado en una alfombra puedes notar que a veces cuando rosa el el pantalón con la lija o con la alfombra entonces el pantalón se calienta esto nos está diciendo de a dónde se va toda esa energía por debido a la fricción verdad puede ser que a lo mejor en este caso de la bici esa fricción se esté generando no sé a lo mejor por la los mismos las llantas o a lo mejor algunas tuercas que no esté bien puestas qué sé yo el viento no sé pero bueno espero que te haya parecido interesante este problema ahora no sólo sabes la ley de la conservación de la energía sino también saber resolver un problema con un poco de fricción nos vemos en el próximo video