Trabajos Prácticos

• Unidad N°1 - Construyendo en el plano - Colegio San Roque

Clases de Literatura V

•  1° y 2° Clase de Literatura: Géneros literarios, identidad, Cruzar la noche, La Historia Oficial (12 y 19 de Marzo de 2013)

Clase 3 - Formas y fuentes de Energía

.22. Un joven está practicando en una rampa con su patineta. ¿Qué preguntas nos surgen al mirar la imagen? Analizá la situación y aplicá en este caso el método científico.

Las formas de energía

La energía se manifiesta de muchas y diversas formas, que pueden parecer muy diferentes y sin relación entre sí. Luz, calor, electricidad... son diferentes formas de energía que, además, pueden transformarse unas en otras. A continuación presentaremos distintos fenómenos que te permitirán conocer algunas de estas formas de energía.

v  La energía cinética

Imagina un caballo que tira de un carro. El animal utiliza sus fuerzas para mover el carro y realizar ese trabajo. Este tipo de energía, que se denomina energía mecánica, es la suma de otras dos: la energía cinética (Ec) y la energía potencial (Ep).

La energía cinética es la que tiene un cuerpo cuando está en movimiento: el viento, que es aire en movimiento; las olas del mar, un río o una cascada (agua en movimiento), cualquier sonido (que también es movimiento de un medio elástico), un león que corre o un águila en vuelo tienen energía cinética.

Al estar en movimiento un cuerpo es capaz de provocar cambios que no se producirían si estuviera en reposo. Por otra parte, piensen en la siguiente pregunta: ¿qué causará más destrozos en un choque, una motocicleta a 40 km/h o un auto a la misma velocidad? Es evidente que el auto produce un efecto mayor al chocar, aunque ambos vehículos se muevan a la misma velocidad. Esto se debe a que la masa del auto es mayor que la de la motocicleta. La energía cinética de un cuerpo en movimiento depende de su velocidad y también de su masa.

Una expresión sencilla permite calcular la energía cinética de un cuerpo de masa m (expresada en kg) que se mueve con velocidad v (en m/s):

E_c =½ • m • v²

Debemos destacar que la energía cinética es una magnitud escalar -o sea que su medida se puede expresar con un número y una unidad- y que es mayor o igual a cero. La energía cinética es nula cuando el móvil no tiene velocidad. Dos cuerpos de igual masa que se mueven con la misma rapidez, pero en direcciones contrarias, tienen la misma energía cinética.

v  La energía potencial

La energía potencial es aquella que los cuerpos tienen almacenada y que en cualquier momento puede producir cambios en otros cuerpos. Por ejemplo, si un objeto está situado a cierta altura respecto del suelo, puede caer, y empujar, romper, o deformar a otro.

La energía potencial gravitatoria (Epg) es la que tiene un cuerpo debido a su posición; por ejemplo, al estar a una determinada altura sobre la superficie de la Tierra.

Para elevar verticalmente un objeto cualquiera, so-metido a la influencia de la gravedad terrestre, debemos, como mínimo, contrarrestar su peso. Al elevarlo logramos que el objeto almacene una cantidad de energía potencial gravitatoria que dependerá del valor de su masa m, de la altura h a la que se lo eleve y de la aceleración de la gravedad g, según la relación:

E_pg = m • g • h

v  La energía química

Imagina que le pones una pila a un reloj y que este comienza a funcionar. Entre las sustancias que hay dentro de la pila se producen reacciones químicas, que liberan energía y ello hará que las agujas del reloj no se detengan. Debido a estas reacciones, todas las sustancias poseen energía química.

Los materiales combustibles contienen energía química. La nafta, el gasoil, el carbón, la madera, el gas natural (que quemamos en las cocinas) y muchas otras sustancias son usadas por el hombre para extraer energía química mediante combustión.

También los alimentos contienen energía química, que se libera cuando se combinan con el oxígeno que respiramos, es decir, se "queman" en el interior de nuestro cuerpo.

La energía química está almacenada en los enlaces que unen a los átomos que forman las moléculas de las sustancias. Al romperse estas uniones, se libera energía. ¿Sabías que nuestro cuerpo y los de todos los seres vivos guardan este tipo de energía? Las capas de grasa debajo de la piel de algunos animales o el almidón "guardado" en algunas raíces de plantas son prueba de ello. Cuando el organismo lo necesita, puede recurrir a esa reserva energética.

v  La energía eléctrica

¿Qué sucede cuando pones en funcionamiento un electrodoméstico? Por los cables circula electricidad o energía eléctrica, que se obtiene a partir de la red eléctrica, de las pilas o de baterías. Estos dos últimos son dispositivos en los que se almacena la energía.

Es decir, la energía eléctrica hace funcionar muchos aparatos que utilizamos a diario: las lámparas, el televisor, la licuadora, el equipo de sonido, la computadora, la radio, etcétera.

Tomemos el ejemplo de una pequeña batidora a pilas y analicemos las transformaciones que tienen lugar: la energía química que se produce en la pila se transforma en energía eléctrica. Esta "corre" por los cables hasta llegar el motorcito, lo hace funcionar y así se mueve el batidor. ¡La energía eléctrica se transformó en cinética!

v  La energía nuclear

Quizás alguna vez oíste hablar o leíste algo sobre las centrales nucleares de Atucha o de Embalse Río Tercero, en nuestro país. En ellas se produce energía eléctrica a partir de energía nuclear.

Esta forma de energía se llama así porque se obtiene del núcleo de los átomos. Se manifiesta mediante reactores nucleares, en las que se liberan grandes cantidades de energía en forma de radiaciones, muchísimo más que en las reacciones químicas.

Los núcleos atómicos de los elementos pesados tienen muchos protones y neutrones (llamados nucleones) y poseen cierta inestabilidad pues, debido a su tamaño, los nucleones se encuentran, en su mayoría, bastante separados entre sí. La inestabilidad hace que la fuerza eléctrica de repulsión pueda llegar a fragmentar el núcleo.

En las centrales nucleares se provoca la fisión controlada de grandes cantidades de núcleos de elementos pesados; se obtiene así la energía nuclear presente en ellos.

La energía del Sol también es nuclear y se produce mediante un proceso llamado fusión nuclear.

v  La energía térmica

Si en una noche fría nos acercamos a una estufa encendida, recibimos calor, que es una forma de recibir energía. En cambio, si nos alejamos de ella, el aire frío del ambiente nos quitará la energía obtenida en forma de calor.

Calentar un objeto implica entregarle energía y enfriarlo significa quitarle energía. A este tipo de energía que se transfiere de los objetos más calientes a los más fríos se la llama calor o energía térmica.

v  La energía radiante

Todos los cuerpos que emiten luz, como el Sol, las lamparitas eléctricas, los faroles de querosén o las velas, envían energía con sus radiaciones al medio que los rodea. La luz es un tipo de radiación visible. Pero otras radiaciones invisibles también transportan energía: los rayos X de las radiografías, las microondas de los hornos, las ondas que emiten las estaciones de radio y televisión, los rayos ultravioletas de los que nos protegemos con filtros y bronceadores, etcétera.

Fuentes de Energía

Aprendimos que la energía puede manifestarse de varias maneras. Pero, ¿de dónde proviene? Llamamos fuente de energía a todo aquello, natural o artificial, de lo que podemos extraer energía y utilizarla. Según su procedencia, la energía puede ser hidráulica, solar, eólica, de la biomasa, geotérmica, mareomotriz o de los combustibles fósiles. Aquí se describen las características generales pero se ampliará la información en el capítulo siguiente.

v  Energía hidráulica

La energía hidráulica se obtiene del aprovechamiento de una caída de agua, en forma natural o artificial. En este último caso, cuando se interpone una represa en el cauce de un río el agua se acumula en un embalse. Si se abren las compuertas de la represa, el agua sale con mucha presión, pasa a través de una turbina y la hace girar. A su vez, la turbina se encuentra acoplada a un generador eléctrico, mediante el cualse produce electricidad. De esta forma, la energía potencial del agua acumulada se transforma en energía cinética y, en último término, en energía eléctrica.

Las instalaciones que transforman la energía del agua en energía eléctrica se llaman centrales hidroeléctricas.

v  Energía solar

La energía solar llega desde el Sol hasta la Tierra en forma de radiación. Nuestro país, por su elevado número de horas de sol al año, tiene un gran potencial de aprovechamiento de esta energía. En la actualidad se puede usar directamente por dos vías: térmica y fotovoltaica.

Energía solar térmica: utilizada para calentar un fluido, generalmente agua. Este proceso tiene lugar en unos aparatos denominados colectores. La energía obtenida se aplica fundamentalmente para obtener agua caliente y calefacción de uso doméstico. En algunos casos, a altas temperaturas, también es posible obtener energía eléctrica. Energía solar fotovoltaica: permite la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica, por medio de unos dispositivos especiales, fabricados con silicio, llamados paneles fotovoltaicos. Esta energía puede utilizarse directamente para consumo doméstico o bien transferirse a la red eléctrica general.

v  Energía de la biomasa

La biomasa es el conjunto de materia orgánica, de origen animal o vegetal, procedente de la transformación natural o artificial de los restos de seres vivos.

La energía de la biomasa puede obtenerse ya sea a través de la quema directa o mediante una transformación para conseguir otro tipo de combustible, como el biodiésel. En el presente, el aprovechamiento energético de la biomasa consiste principalmente en la producción de gas (llamado biogás), energía térmica y energía eléctrica.

v  Energía eólica

La energía eólica es una forma de energía cinética producida por el viento. Los seres humanos la han utilizado, a lo largo de la historia, para diferentes actividades: mover embarcaciones, accionar molinos de viento para bombear agua, moler granos, etcétera. Los molinos antiguos fueron reemplazados en la actualidad por una versión más sofisticada, los aerogeneradores. Estos están constituidos por un rotor compuesto por palas que el viento hace girar. A su vez, las palas están sujetas a un eje mediante un buje. El movimiento giratorio de las palas se transmite por el eje a un generador de energía eléctrica. Por último, la energía eléctrica generada se transfiere a la red eléctrica.

v  Energía geotérmica

La energía geotérmica es la que proviene del calor presente en el interior de la Tierra. Se puede aprovechar mediante la perforación de la superficie terrestre. En la actualidad el calor terrestre se aprovecha, por ejemplo, en zonas volcánicas o de aguas termales, en la industria, y para calefacción y climatización de piscinas. Esta energía está limitada geográficamente a unas pocas regiones del planeta.

Energía mareomotriz

La energía mareomotriz es la que se obtiene del movimiento ascendente y descendente del agua del mar, producido por las mareas. Hay lugares en los que la diferencia del nivel del agua entre la marea alta (pleamar) y la marea baja (bajamar) es de varios metros. Esta diferencia de altura permite obtener energía cinética que se utiliza para mover turbinas y así generar electricidad.

Energía de los combustibles fósiles

Los combustibles fósiles son aquellos que se transformaron en el subsuelo terrestre, hace millones de años, a partir de restos de seres vivos en presencia de ciertas condiciones de presión y temperatura. Tienen un gran poder calorífico, es decir, contienen gran cantidad de energía química aprovechable. Son el carbón mineral, el petróleo y el gas natural.

Carbón mineral: se utiliza para la obtención de energía eléctrica en las centrales térmicas y, en menor medida, en las casas, para calefacción y cocción de alimentos.

Petróleo: los combustibles obtenidos a partir de su destilación fraccionada (nafta, gasoil, querosén, etcétera) se emplean en las centrales térmicas para producir energía eléctrica y también para hacer funcionar motores de vehículos y maquinarias. Es decir, a partir de su energía química se produce energía cinética.

Gas natural: se usa en las cocinas y para calefacción, como combustible en ciertos vehículos, principalmente de transporte público (gas natural comprimido o GNC) y en las centrales térmicas, para producir energía eléctrica (como sustituto del carbón). Se distribuye en grandes tuberías llamadas gasoductos.

ActividadesA

.23. Responde las siguientes preguntas.

a)     Si dos cuerpos de igual masa se mueven con distintas velocidades, ¿cuál posee más energía cinética? ¿qué tipo de energía posee un libro colocado encima de una mesa? ¿y si se cae?  

 a)     ¿qué transformaciones de la energía tienen lugar cuando movemos una bicicleta?

b)    ¿qué transformaciones de energía tienen lugar en las centrales hidroeléctricas?

c)     ¿se puede instalar una central hidroeléctrica en cualquier lugar de un río? Justifica tu respuesta.

d)    ¿crees que la explotación de la energía hidráulica es perjudicial para el ambiente? Justifica tu respuesta.

e)     ¿qué técnica se puede utilizar directamente para captar y aprovechar la energía solar en una vivienda?

.24. Un cuerpo 10kg se mueve a una velocidad variable, completar la tabla con la energía cinética que tendrá para cada velocidad. Graficar en el sistema de coordenadas: ¿Qué conclusión obtenemos?

V(m/s)	0m/s	5m/s c(J)tenemos?ema de coordenadas.rdenadas. tos estados. en los distintos	10m/s	15m/s	20m/s	25m/s
Ec(J)

.25. Un cuerpo 10kg se eleva a determinada altura, completar la tabla con la energía potencial gravitatoria que tendrá para cada altura. Graficar en el sistema de coordenadas: ¿Qué conclusión obtenemos?

h(m)	0m	5mc(J)tenemos?ema de coordenadas.rdenadas. tos estados. en los distintos	10m	15m	20m	25m	30m
Epg(J)

.26. Especificar, en los siguientes enunciados, qué clase de energía posee en cada caso:

a)     Un hombre parado

b)    Un hombre caminando

c)     Una manzana en el árbol

d)    Una manzana en el suelo

e)     Un auto estacionado

f)     Un auto en marcha

g)    Un arco para lanzar flechas tenso para disparar.

h)     Una flecha en vuelo.

.27. Un paracaidista desciende en dirección a la tierra con velocidad constante. ¿Qué ocurre con su energía potencial gravitatoria?

.28. Un cuerpo de 10 kg se encuentra a una altura de 6 m, sobre el nivel del suelo: ¿cuál es su energía potencial gravitatoria?

.29. ¿En cuánto varía la Epg del cuerpo del problema anterior si se lo eleva a una altura de 12 m?

.30. a) Calcular la E_pg del cuerpo que está arriba de la mesa.

b) ¿Cuál será su energía potencial al llegar al suelo?

  

.31. Encuentra la energía potencial del carro en los puntos A, B y C

.32. Una bala cuya masa es 50kg se mueve horizontalmente con una velocidad de 400 m/s, (despréciese la  gravedad  en el problema).

a) ¿Cuál es la energía cinética de la bala?

.33. Un proyectil que pesa 80 kg es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 95 m/s. Se desea saber: ¿Qué energía cinética tiene?.

.34. Un automóvil, con una masa de 780kg, tiene una energía cinética, de 4.56x10⁶ J, ¿Cuál es la velocidad del auto?

.35. Un objeto con una masa de 50kg, se encuentra suspendido sobre el suelo, y su energía potencial es de3.5x10³ J, calcular la altura a la que se encuentra suspendido.

.36. Un canguro con una masa de 56kg salta hasta una altura de 2m, determina la Energía Potencial a esa altura.

.37. Un conejo, que tiene una masa de 456g, puede saltar hasta una altura de 70cm:

a)     ¿Que energía potencial tiene antes de saltar?

b)    ¿Qué energía potencial tiene al saltar?

.38. Un automóvil, con una masa de 756kg, avanza con una velocidad de 80km/h, ¿A qué velocidad, deberá ir un camioneta, que tenga una masa de 1700kg, para igualar la energía cinética del auto?

Clase 2 - La Energía, características, formas y fuentes

¿Pueden las pilas ser recargadas al sol?

Durante las vacaciones viajamos a Jujuy, más precisamente a la Quebrada de Humahuaca. Estuvimos visitando a mucha personas que vivían entre las montañas. Al llegar a esos lugares hubo algo que nos sorprendió, la gente del lugar ponía sobre los techos de sus casas pilas usadas. Cuando después de observar varios casos, nuestra duda fue en aumento y decidimos preguntarle a la gente porqué lo hacía. Todos nos contestaron que era para recargarlas con el sol. ¿Será cierto?

.10. Analizá la situación anterior, y aplicá en este caso el método científico para comprobar si es válida o no la creencia popular.

 

Las baterías del futuro serán cargadas por el sol y no por electricidad

Gracias a una molécula llamada fulvalene diruthenium, las baterías pueden usar el sol para proveerse de energía, pero no de la misma forma que si fuera energía solar.

La fulvalene diruthenium se somete a un cambio estructural cuando absorbe luz solar, logrando un estado de energía mayor donde permanece estable por tiempo indefinido. Este estado es similar al de una goma elástica que es estirada y luego se la puede dejar en un lugar con ese estado de estiramiento durante un tiempo indefinido.

En el caso de la fulvalene diruthenium, la molécula puede volver a su estado original al suministrarle un poco de calor o bien por medio de un catalizador. Durante el proceso se libera el calor que fue absorbido inicialmente.

Por desgracia la molécula tiene un costo muy elevado, así que los científicos esperan poder reemplazarla de alguna manera.

(http://tecnomagazine.net/2010/10/30/las-baterias-del-futuro-seran-cargadas-por-el-sol-y-no-por-electricidad/)

.11. Según el artículo, ¿Cómo se podrá conseguir que las pilas se recarguen con la energía solar?

Hacer la experimentación es un paso muy importante, pero como verdaderos científicos no nos podemos contentar solamente con comprobar si se puede o no recargar una pila común con solo poner al sol. Deberíamos ir más allá de lo aparente y preguntarnos: Si se recarga ¿Por qué se recarga? ¿Qué es lo que hace que la pila se recargue: la luz, el calor? Y lo principal, para entender qué está pasando deberíamos saber cómo funciona una pila.

.12. Para comprender mejor lo que puede estar pasando con nuestro experimento, contestá las siguientes preguntas argumentando tu respuesta.

a)     ¿Una pila es energía o tiene energía?

b)    ¿Una pila usada deja de tener energía?

c)     ¿Al ser usada una pila se calienta? ¿por qué?

d)    ¿Una pila usada pesa menos que una nueva?

e)     ¿Una pila fría contiene más energía que una pila caliente?

En las preguntas anteriores apareció un concepto fundamental, el de Energía. Si entendemos qué es la energía podríamos entender mejor que es lo que está pasando con una pila.

.13. Entonces ¿Qué es la Energía? Define con tus palabras.

.14. ¿Cuáles son sus características? ¿Se puede crear energía? ¿Vemos la energía?

.15. ¿Existen distintas formas de energía?

.16. ¿De dónde obtenemos, es decir cuáles son las fuentes de energía?

.17. Leé el siguiente texto y ampliá las respuestas de las preguntas anteriores

¿Qué es la Energía?

Cuando te levantás por la mañana es probable que sigás algunas de estas rutinas: prender la luz, conectar la calefacción, calentar el desayuno, encender la radio, subirte al ómnibus para ir a la escuela... Para que todo esto sea posible, se necesita energía.

Todas aquellas actividades en las que se producen transformaciones -movimientos, cambios de tempera­tura, modificaciones en la forma de los objetos- necesi­tan energía para llevarse a cabo. ¿Y dónde hay energía? La energía (palabra que en griego significa "en acción") se encuentra en todas partes, pero solo podemos ob­servar los efectos que produce sobre los cuerpos, es de­cir, los cambios que ocurren gracias a ella.

Basta con mirar a nuestro alrededor para darnos cuenta. El viento, o aire en movimiento, tiene energía, pues es capaz de mover, por ejemplo, las aspas de los molinos. Pero también un trozo de madera tiene ener­gía acumulada. ¿Cómo lo sabemos? Porque al quemarlo puede hacer hervir el agua contenida en un recipiente. También tiene energía un imán, que en ciertas condi­ciones es capaz de generar electricidad. En todo lo que nos rodea, en todo el Universo, hay, en mayor o menor grado, energía en alguna de sus formas.

El desarrollo de la Humanidad siempre ha estado condicionado por el uso de las diversas fuentes ener­géticas. La energía es un concepto fundamental de la ciencia, aunque recién comenzó a perfilarse a par­tir de la creación de la máquina de vapor, a fines del siglo XVIII. Recién entonces los científicos compren­dieron que muchos fenómenos que venían estudiando (el movimiento, el calor, la luz, la electricidad, la fuerza que mantiene unidos los átomos formando las molécu­las de las distintas sustancias, y otros) eran diferentes manifestaciones de la energía.

No es sencillo definir con precisión qué es la energía. Por el momento, es importante que comprendas cómo se transforma y se transfiere de un cuerpo a otro.

La energía es invisible, pero podemos percibir sus efectos cuando se pone en juego. Hay energía en los seres vivos y en las cosas inertes, como también en las radia­ciones que llenan el espacio (como la luz o las ondas de radio). Pero únicamente detectamos sus efectos cuando sucede algo, es decir, cuando se producen cambios.

La energía es una magnitud y por lo tanto puede medirse y esa medida expresarse mediante unidades. En el Sistema Internacional (Si), la unidad de ener­gía es el joule (j), en honor a James Prescott Joule (1818-1889), quien estudió las transformaciones de la energía.

.18. ¿La luz es energía? ¿Y el sonido? ¿Y una maceta? Entonces… ¿La pila usada dejó de tener energía?

Características de la energía

La energía no tiene forma, peso, volumen, color u olor, pero posee otras características cuyo reconocimiento es importante para comprender su utilidad.

►   En general se la puede almacenar y, por lo tanto, usar cuando más convenga. La energía química, por ejemplo, puede acumularse en pilas o baterías, y la energía eléctrica, en condensadores o capacitores, que son dispositivos eléctricos muy utilizados, por ejemplo, en las computadoras portátiles, los teléfo­nos celulares y muchos otros dispositivos. También se la puede transportar, o sea que puede pasar de un lugar a otro mediante un sistema que la traslade. La energía eléctrica, por ejemplo, se trans­porta por cables, mientras que la energía de las radia­ciones electromagnéticas se mueve por medio de ondas que viajan por el aire, el vacío u otros medios.

►   Es posible transformar una forma de energía en otra que sea más útil. Por ejemplo, la energía química de una pila se transforma en eléctrica y ello hace funcionar una linterna.

Se transfiere con facilidad de unos cuerpos a otros. Por ejemplo, un vaso de agua fresca se calienta porque se produce una transferencia de energía desde el medio -que se encuentra a una temperatura más alta- hacia el líquido, que tiene menor temperatura. Cuando empujamos una pelo­ta para que ruede, le transferimos energía que pro­voca su movimiento.

La energía no se puede crear ni destruir; se conser­va y no se gasta, solo se transforma o se transmite de un cuerpo a otro. Este principio, que es uno de los más importantes de la Física, se denomina princi­pio de conservación de la energía.

.19. ¿Qué forma de energía tiene una pila? ¿Qué pasa con la energía de la pila cuando se utiliza?

.20. ¿A qué se llama Principio de Conservación de la Energía?

.21. Con lo que aprendimos hoy, ¿Podemos decir si era válida o no nuestra hipótesis inicial: Se puede o no recargar una pila con solo ponerla al sol?