Divulgación y enseñanza de la ciencia

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

Energía cinética y potencial

Asesor: Gabriela Vela

Autor: Cristian Isaac Perez Mesino

Resumen

González Manjarrez Regina Michelle

Pérez Mesino Cristian Isaac

Valerio Contreras juan Fernando

 

La energía potencial se define como la energía que poseen los cuerpos por el hecho de poseer masa y estar situados a una determinada distancia mutua, mientras la energía cinética es el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada, en este proyecto el alumno podrá aprender a desarrollar una lluvia de ideas para generar fuerza potencial a través de un sistema hidráulico y/o neumático a base de la construcción de una máquina a escala fabricada ya sea con cartón o madera y  jeringas, efectuando una energía cinética potencial.

Pregunta de Investigación

¿En dónde podemos observar la energía cinética y potencial?

Planteamiento del Problema

La comprensión de las ciencias básicas es indispensable introducirla desde los niveles básicos de la educación con el objetivo de un mejor entendimiento del universo y de los fenómenos que los rodean, así como base de la creatividad y de la participación en el desarrollo de aplicaciones como trabajará en un modelo que describa gráfica y evidentemente los conceptos de energía potencial y cinética, como elementos fundamentales de la física.

Antecedentes

A través de los siglos, la palabra energía ha tenido distintos significados. El uso no técnico se deriva dee en, en griego, que significa dentro y ergon que significa trabajo. La energía es la capacidad de efectuar trabajo, es un vigor inherente. La palabra tuvo muchos usos, cuando menos desde los últimos años del siglo XVI. Galileo empleó el término energía en 1638, aunque nunca lo definió. Solo en los últimos 200 años ha tomado un significado científico esa palabra, aunque no se ha definido en forma totalmente satisfactoria.

En términos muy generales, la energía describe el estado de un sistema en relación con la acción de cuatro fuerzas.

La energía se define como la medida del cambio impartido a un sistema y que se puede transferir mecánicamente cuando una fuerza trabaja sobre dicho objeto. La cantidad de energía dada a un objeto mediante la acción de una fuerza sobre una distancia es igual al trabajo realizado. Así, cuando un objeto realiza trabajo, proporciona una cantidad de energía igual al trabajo efectuado. Debido a que el cambio puede realizarse en distintas maneras, hay una variedad de formas de energía. Todas las formas de energía, incluido el trabajo, tienen las mismas unidades, Joule (J). La energía es una cantidad escalar. Un objeto es capaz de realizar trabajo si posee energía.

La energía cinética es la energía asociada con el movimiento y la energía potencial es la energía asociada con la posición en un sistema. Energía, en general, es la capacidad para realizar un trabajo.

Tanto la energía cinética como la potencial representan los dos tipos fundamentales de energía existente. Cualquier otra energía es una diferente versión de energía cinética o potencial o una combinación de ambas.

La energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele ser simbolizada con letra Ec o Ek.

Energía Cinética (EC)

Es la energía que posee un objeto debido a su movimiento, la energía cinética depende de la cantidad de la masa y de la velocidad.

Energía Potencial Gravitacional (EPG)

Es la energía que posee un objeto debido a su posición en el campo gravitacional, está asociada a la posición relativa dentro de un sistema, es decir, la posición de un objeto con respecto a otro, la energía potencial depende de la masa del objeto y de la altura a la que se encuentra el objeto con respecto a un nivel de referencia.

Teorema del Trabajo-Energía

Cuando se realiza trabajo sobre una masa puntual o sobre un cuerpo rígido y no hay cambio en la Energía Potencial, la energía impartida sólo puede aparecer como Energía Cinética. Sin embargo, debido a que un cuerpo no es por completo rígido, se puede transferir energía a sus partes y el trabajo realizado sobre él no será precisamente igual a su cambio en la Energía Cinética.

Conservación de la energía

La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma de un tipo a otro.

 

         Foto 1. Visita biblioteca

 

         Foto 2. Visita biblioteca

 

 

                      Foto 3. Visita biblioteca

  1. Investigación de campo

Se realizaron visitas a museos para que los niños descubrieran de forma divertida y dinámica diferentes conceptos de la física, como investigación de nuestro proyecto.

            Foto 4. Visita museo               (Papalote museo del niño)

 

            Foto 5. Visita museo                (Papalote museo del niño)

 

              Foto 6. Visita museo               (Papalote museo del niño)

 

           Foto 7. Visita museo            (Papalote museo del niño)

 

          Foto 8. Visita museo                 (Museo Tezozómoc)

 

            Foto 9. Visita museo                  (Museo Tezozómoc)

Objetivo

Identificar los conceptos básicos de energía potencial y cinética y su aplicación en modelos a escala.

Justificación

En este proyecto identificaremos, demostraremos y analizaremos la aplicación de la energía cinética y potencial, ya que de estas dos energías suman el total de una energía mecánica aplicada. Este proyecto está diseñado para proporcionar al estudiante un desarrollo claro y lógico de los principios y conceptos de la física clásica, que le permitirán comprender los conocimientos al aplicar una fuerza en un cuerpo en reposo accionando un movimiento.

Hipótesis

Si demostramos en un modelo a escala las energías cinética y potencial, entonces se identificará que a través de un cuerpo en reposo que al aplicarle una fuerza genera un movimiento.

Método (materiales y procedimiento)

8.1 Materiales

  • Cartón
  • Pistola para Silicón
  • Barras de Silicón
  • Regla
  • Lápiz
  • Chinchetas de colores
  • Canicas
  • Compás
  • Cutter
  • Pegamento Kola Loka
  • Cilindros de cartón
  • Marcadores de colores
  • Hojas blancas
  • Banderillas
  • Tijeras

 

8.2 Procedimiento

  1. Preparación

 

  1. Cortar 4 rectángulos de cartón de 40 cm de largo x 12 cm de ancho, y dos cuadrados de 12 cm de largo x 12 cm de ancho.

 

  1. Pegar con silicón de la siguiente manera, hasta completar una figura de prisma cuadrangular.

                                      Imagen 1

  1. Cortar un rectángulo de cartón de 23 cm de largo x 12 cm de ancho, y empezar una curva en el centímetro 17.5 cm hasta formar la figura de la Imagen 2.

                                   Imagen 2

  1. Realizar cinco (5) pequeños rectángulos de 9 cm de largo x 2 cm de ancho, y pegarlos en la figura formada en el paso anterior como se indica en la Imagen 3, a una distancia de 2 cm cada uno.

                                Imagen 3

  1. Colocar un borde de 2 cm de alto de la siguiente manera.

                                 Imagen 4

  1. Colocar chinchetas de colores como obstáculos.

                                 Imagen 5

 

  1. Realizar la figura de la Imagen 6 (también con bordes de 2 cm) de manera que embone con la figura de la Imagen 5.

                                Imagen 6

  1. Se realizan dos (2) círculos de 8 cm de radio con un (1) círculo en el centro de 1 cm de radio, marcando 4 líneas que de manera perpendicular que cruzan por el centro.

                                  Imagen 7

  1. La figura de la imagen 7 se pega en medio de una (1) tira de 2.5 cm de ancho dejando solamente X cm libre.

                                 Imagen 8

  1. Se cortan las marcas en el círculo sin despegarlas y se le coloca una tapa circular en la parte inferior.

                                  Imagen 9

11. Se pegan las pestañas a la base inferior con Kola Loka y se corta el centro.

Imagen 10

                                Imagen 10

  1. Se coloca una pequeña rampa con bordes de 2 cm. Repetir esta figura tres (3) veces.

                                Imagen 11

  1. A un circulo de 8 cm de radio se le colocan bordes de 2 cm y una entrada para una rampa.

                                 Imagen 12

  1. Se realizan líneas curvas de diferentes tamaños (30 cm, 20 cm, 10 cm y 5 cm) con sus respectivos bordes de 2 cm.

                               Imagen 13

  1. Para la base de nuestro modelo se corta un cartón de 70 cm, y para las columnas cilindros de 35 cm, 25 cm y 15 cm de largo.

                              Imagen 14

  1. En cada uno de los cilindros se realiza un corte de aprox. 2 cm. de largo, y 3 cm. de ancho, este corte se pega dentro del cilindro de manera que quede una pequeña base a la altura del corte realizado.

                            Imagen 15

     2. Ensamblaje

  1. En una base de cartón, se coloca el primer rectángulo de cartón realizado
  2. Aproximadamente a unos 30 cm se coloca el cilindro de 35 cm (Cilindro grande)
  3. Después se conecta la base de salida, colocándola en el lado más ancho del rectángulo.
  4. Y al cilindro se conecta uno de los círculos realizados anteriormente, de manera que coincidan la base de salida y la extensión del círculo, logrando el circuito, es importante ir probando con una canica para garantizar el recorrido continuo de la misma.
  5. Es importante realizar bases de cartón o madera, que ayuden a mantener más estables las uniones de los módulos y soporte a las resbaladillas.
  6. Ahora se coloca el cilindro de 25 cm (Cilindro mediano) en el costado contrario al primer cilindro, encima del cual se coloca otro de los círculos realizados.
  7. En la base de salida del primer cono, se conecta la resbaladilla más larga, buscando que coincida con la extensión del círculo colocado encima del cilindro mediano.
  8. Una vez más se prueba la continuidad del circuito y se coloca una base de soporte para la resbaladilla
  9. Se coloca el cilindro de 15 cm (Cilindro pequeño) del cilindro mediano y se le coloca encima uno de los círculos realizados.
  10. Se utiliza la resbaladilla mediana para conectar la base de salida del cilindro mediano con la abertura del círculo colocado encima del cilindro pequeño, la resbaladilla también lleva su debido soporte, una vez más se realizan pruebas de continuidad del circuito.
  11. Ahora se coloca el último círculo al lado del cilindro pequeño y se conectan cada una de sus aberturas a través de la resbaladilla pequeña, este último círculo representa la meta final del circuito.

 

La decoración y ambientación de la pista consisten en colocar una caja rectangular de cartón con unos pequeños orificios, en los cuales se le clavarán postes de popote sobre los que descansarán las canicas que participarán en la carrera, se le puede colocar banderas o calcomanías que represente a cada contendiente.

También se le puede colocar pequeñas banderas y anuncios del inicio, puntos intermedios y meta de la carrera.

Para iniciar la carrera, primero se colocan las canicas en los carriles de salida y una vez colocadas, se quita el bloqueo para que la carrera comience.

                             Imagen 16

Galería Método

Resultados

Se realizó la maqueta con base en los pasos y medidas de la metodología, sin embargo, se realizaron algunos ajustes estéticos y/o funcionales:

1.- Se pegaron solamente 4 rectángulos en vez de los 5 que indica el paso No. 4, con el objetivo de mejorar la colocación de las canicas.

2.- Los agujeros en los círculos del paso No.8 se hicieron de 1.5 cm, para que las canicas no se atoraran, además que se pegaron con silicón y no con Kola Loka.

3.- La maqueta se armó primero y después se colocó en la base, ajustando las pendientes sin comprometer las longitudes establecidas.

4.- Estéticamente se colocaron decoraciones.

5.- Los estudiantes asocian un objeto en reposo con energía potencial y un objeto en movimiento con energía cinética.

 

                    Imagen 17

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

  1. Conclusiones

Con la fabricación y el funcionamiento de la maqueta se demuestran los siguientes puntos:

1.-  Al aplicar una fuerza a un objeto en reposo se genera movimiento en el mismo, demostrando los conceptos de energía cinética y potencial.

2.- El objeto al moverse transforma la energía potencial en cinética al momento de caer, regresando a un estado de reposo.

3.-  Se puede apreciar las energías cinética y potencial tanto en nuestro día a día, como en toda la naturaleza.

4.-  Las energías cinética y potencial son fundamentales para la comprensión de la física básica.

Bibliografía

  1. Bibliografía
  • Frederick J. Bueche, Eugene Hecht. (2007) Física General (10° Edición) México, Mc-Graw Hill Interamericana (pp. 63-72)
  • Pérez Montiel Héctor (2015) Física General (5° Edición) Serie Bachiller, México, Grupo Editorial Patria. (pp.185-204)
  • Lucas, J. (12 de June de 2014). Live Science. Obtenido de What Is Kinetic Energy?: livescience.com.
  • Classroom, T. P. (2016). Obtenido de Kinetic Energy: physicsclassroom.com.

 

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography