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No Boletín - Cuestión sobre curva de potencial IV (Ex.Jun/13)

De Laplace

1 Enunciado

Una partícula de masa 1 kg se mueve sobre el eje OX\, sometida exclusivamente a una fuerza conservativa cuya energía potencial U\, depende de la posición del modo que se indica en la gráfica. Se sabe que en el instante inicial la partícula tiene una celeridad v_0= 2\,\mathrm{m/s}\, y se halla en la posición x_0 = 3\,\mathrm{m}\,. ¿Cuánto vale la energía mecánica de la partícula? ¿Y la celeridad de la partícula en la posición x = -2\,\mathrm{m}\,?



2 Energía mecánica

Es un movimiento rectilíneo conservativo. La energía mecánica E\, (suma de la energía cinética y la energía potencial) es constante en el tiempo. La calculamos evaluándola en el instante inicial:


E=\frac{1}{2}mv_0^2+U(x_0)=2\,\mathrm{J}+(-2\,\mathrm{J})=0\,\mathrm{J}

donde m\, es la masa de la partícula, x_0\, es su posición inicial, y v_{\, 0}\, es su celeridad inicial (valores dados en el enunciado).

Nota: la evaluación de U(x_0)\, se realiza mediante la simple inspección de la gráfica facilitada.

3 Celeridad de la partícula en la posición x=-2 m

Mediante una nueva inspección de la gráfica, se detecta que para x = -2\,\mathrm{m}\,\,\,\longrightarrow\,\,\,U=-4\,\mathrm{J}\,. Restándole este valor de energía potencial al valor constante de energía mecánica, se obtiene el valor de la energía cinética de la partícula a su paso por la posición x = -2\,\mathrm{m}\,. Y a partir de dicha energía cinética, es ya inmediato deducir el valor de la celeridad de la partícula en dicha posición:


x = -2\,\mathrm{m}\,\,\,\,\,\longrightarrow\,\,\,\,\,\frac{1}{2}mv^{\, 2}=K=E-U=0\,\mathrm{J}-(-4\,\mathrm{J})=4\,\mathrm{J}\,\,\,\,\,\Longrightarrow\,\,\,\,\,v=2\sqrt{2}\,\mathrm{m/s}

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