ENERGIA DE LA MONTAÑA RUSA CARLOS DUVAN FACUNDO 11.01 JM

LA ENERGIA POTENCIAL La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo, dependiendo de la configuración que tengan en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociado a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

Energía potencial gravitatoria Este tipo de energía está asociada con el grado de separación entre dos cuerpos, los cuales se atraen mediante fuerza gravitacional. Caso general. La energía potencial gravitatoria VG de una partícula material de masa m situada dentro del campo gravitatorio terrestre viene dada por: Donde:   , distancia entre la partícula material del centro de la Tierra (es decir, su altura).    , constante universal del la gravitación.      , masa de la tierra. Esta última es la fórmula que necesitamos emplear, por ejemplo, para estudiar el movimiento de satélites y misiles balísticos

LA ENERGIA CINETICA La energía cinética de un cuerpo es una energía que surge en el fenómeno del movimiento. Esta definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética sin importar el cambio de la rapidez. Un trabajo negativo de la misma magnitud podría requerirse para que el cuerpo regrese a su estado de equilibrio.

La montaña rusa

CARROS DE LA MONTAÑA RUSA Los carros de una montaña rusa alcanzan su máxima energía cinética cuando están en el fondo de su trayectoria. Cuando comienzan a elevarse, la energía cinética comienza a ser convertida a energía potencial gravitacional, pero, si se asume una fricción insignificante y otros factores de retardo, la cantidad total de energía en el sistema sigue siendo constante. CARROS DE LA MONTAÑA RUSA

Propulsión Los coches (carros) de una montaña rusa no suelen ser autopropulsados. Una montaña rusa de circuito completo con una colina elevadora funciona de la siguiente forma: Después de salir de la zona de carga (estación), el tren es empujado hacia arriba con una cadena o un cable a lo largo de dicha colina elevadora, que es la parte más alta de la pista. Una vez a la máxima altura, la energía potencial a se convierte en energía cinética cuando el tren viaja cuesta abajo por la primera bajada (que puede tener una gran pendiente). Luego la energía cinética se convierte de nuevo en energía potencial cuando el tren sube por la segunda colina. Pero desgraciadamente un poco de energía mecánica se pierde por culpa de la fricción o rozamiento. Luego el tren vuelve a bajar, y subir, y así otra vez. Sin embargo no todas las montañas rusas funcionan de esta misma forma, no todas tienen colinas elevadoras, y el tren es lanzado hacia la primera colina (sin mecanismo de subida) También hay montañas rusas que son propulsadas por una especie de locomotora, que toma la electricidad de los raíles. Luego al terminar el recorrido, paran en la estación gracias a unos frenos, aunque algunas tienen dos (o más) cadenas, y repetirían el proceso dos veces. Algunas montañas rusas retroceden y avanzan por la misma vía; estas montañas rusas son llamadas shuttles por este movimiento y normalmente corren el circuito una vez con viajeros avanzando y luego retrocediendo por el mismo recorrido.

Ruedas Las montañas rusas de acero usan tres tipos de ruedas, las superiores que sujetan al tren en la mayor parte del recorrido, son las de mayor tamaño. Las inferiores, que actúan sobre todo en las colinas, en los rizos donde la fuerza G no es mayor al peso del tren, y las laterales que pueden ser interiores (típico de Vekoma) o exteriores (B&M, Intamin) y evitan que el tren descarrile lateralmente, sobre todo en curvas. Además es importante mantener una buena lubricación, tanto en los rodamientos, como a veces sobre la vía, ya que así se consigue evitar el rozamiento, y perder demasiada velocidad en el recorrido.

FRICCION Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se opone al inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Estas imperfecciones hacen que la fuerza entre ambas superficies no sea perfectamente perpendicular a éstas, sino que forma un ángulo φ con la normal (el ángulo de rozamiento). Por tanto, esta fuerza resultante se compone de la fuerza normal (perpendicular a las superficies en contacto) y de la fuerza de rozamiento, paralela a las superficies en contacto.

LEYES DE ROZAMIENTO PARA CUERPOS SOLIDOS La fuerza de rozamiento se encuentra en la dirección de la superficie de apoyo. El coeficiente de rozamiento es prácticamente independiente del área de la superficie de contacto. El coeficiente de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies. La fuerza máxima de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que actúa entre las superficies de contacto. Para un mismo par de cuerpos, el rozamiento es mayor un instante antes del movimiento que cuando se está en movimiento.

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