​Preguntas PSU Ciencias: Energía cinética y fuerza de gravedad

El área de energía y movimiento, y más específicamente de la energía cinética y potencial debida a la fuerza de gravedad, es clave en la PSU de Ciencias. A continuación, te muestro cómo resolver un problema que incluye estos temas.

Dos pelotas de igual masa se dejan caer desde la misma altura al mismo tiempo, botando contra el suelo simultáneamente. Después del bote, se observa que ambas pelotas alcanzan alturas máximas distintas. Si el roce con el aire es despreciable, entonces siempre se puede afirmar correctamente que:

A) la energía mecánica de ambas pelotas justo antes de botar es diferente

B) la energía mecánica de ambas pelotas al momento de alcanzar su máxima altura es la misma

C) la energía potencial de ambas pelotas al momento de botar es diferente

D) la energía cinética de ambas pelotas justo antes de botar es diferente

E) la energía cinética de ambas pelotas justo después de botar es diferente

Considerando el enunciado, dos pelotas de igual masa (m) se dejan caer al mismo tiempo y desde una misma altura (h). Ambas pelotas al ser soltadas tienen la misma energía potencial gravitatoria (mgh) y energía cinética cero.

Como en este problema nos dicen que el roce con el aire es despreciable, cuando las esferas van cayendo, conservan su energía mecánica,. Esto quiere decir que la energía cinética aumenta en la misma cantidad que disminuya la energía potencial gravitatoria.

Después de que ambas pelotas rebotan contra el suelo y comienzan a subir, comienza a disminuir su energía cinética y aumentar su energía potencial gravitatoria, conservándose la energía mecánica de cada pelota, pues el roce es despreciable.

Sin embargo, en el enunciado se afirma que después del bote, ambas pelotas alcanzan alturas diferentes, lo que implica que al momento de impactar el suelo, cada pelota pierde una cantidad distinta de su energía.

A partir de este análisis, podemos concluir que las alternativas A), C) y D) son incorrectas.

En cuanto a la opción B), ésta también es incorrecta, ya que como ambas pelotas alcanzan alturas máximas diferentes, tienen distinta energía potencial, lo que implica que al momento de alcanzar sus respectivas alturas máximas, tienen diferente energía mecánica.

Respecto a la alternativa E), en el trayecto ascendente debido a que el roce es despreciable, la energía mecánica se conserva. Entonces, la energía cinética de cada pelota después de rebotar es igual a su respectiva energía potencial al momento de alcanzar su altura máxima. Ya que ambas alturas son diferentes, esto implica que sus energías potenciales también lo son, y se concluye que sus respectivas energías cinéticas justo después de rebotar son diferentes.

Por lo tanto la alternativa E) es correcta.

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Imagen CC Horia Varlan