FICHA A3-P03

Energía perdida por fricción en un tobogán

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TipoPrincipal Dificultad Puntos5 pts Tiempo máx.13 min Media7 min Si no sabes la teoría+20 min Origen preguntaAdaptado Verificación soluciónMarkscheme oficial De fuente real
Material necesario — Cuadernillo de datos: sí hace falta — energía potencial gravitatoria y cinética (Tema A.3, p. 6).
Prerrequisitos
  • Energía potencial gravitatoria: Ep = mgh
  • Energía cinética: Ec = ½mv²
  • Conservación de la energía: si hay pérdidas por fricción, la energía no se conserva del todo, pero sí se puede seguir la pista de cuánta se pierde
  • Trabajar con variables (m, g) sin números concretos — la masa se cancelará en algún paso

Se suelta un objeto de masa m desde el reposo en el punto X y se desliza hasta el punto Y. La distancia vertical entre X e Y es de 10 m. Durante el movimiento, se pierde como fricción un 20 % de la energía potencial gravitatoria inicial del objeto.

a Exprese, en términos de m, la energía potencial gravitatoria perdida por el objeto entre X e Y. [1]
b Calcule qué fracción de la energía potencial gravitatoria inicial se convierte en energía cinética en Y. [1]
c Demuestre que la rapidez del objeto en Y es v = √(16g). [3]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Energía potencial gravitatoria: Ep = mgh. — En el Cuadernillo, p. 6 (Tema A.3).
  • Energía cinética: Ec = ½mv². — En el Cuadernillo, p. 6 (Tema A.3).
  • Cuando hay pérdidas por fricción, la energía mecánica final es menor que la inicial: Ec(final) = (fracción no perdida) × Ep(inicial). — Aplicación directa de conservación de la energía, no es una fórmula aparte.
  • En un 'demuestre que', el objetivo es llegar exactamente a la expresión dada — si te sale otra cosa, revisa el paso donde cancelaste la masa o los signos.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic A.3 Work, energy and power, conservación de la energía.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema A.3, p. 6 (Ep = mgh, Ec = ½mv²).
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Apartado a) — Ep perdida = mgh = mg × 10 = 10mg.
Apartado b) — Si se pierde el 20% por fricción, queda el 80% para convertirse en energía cinética.
Apartado c) — Ec(Y) = 0.8 × Ep(X) → ½mv² = 0.8 × mg × 10 = 8mg. Cancelando m: ½v² = 8g → v² = 16g → v = √(16g).
Variantes de este problema

Problemas de prueba generados a partir de esta ficha — mismo prerrequisito y habilidad, enunciado distinto. Sirven para comprobar si lo que marcaste aquí está realmente dominado.