Transformación de energía potencial gravitatoria en calor
De Laplace
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Revisión de 11:06 6 jun 2012
1 Enunciado
Un bloque de hielo a 0°C se deja caer libremente desde una altura de 80 m. En el momento del choque, un 20% de la energía del bloque se transforma en calor absorbible por su masa. ¿Que parte del hielo se funde a causa de esta absorción?
2 Solución
Aquí tenemos una situación en que la energía mecánica se transforma en calor. Cuando el bloque está a una altura h sobre el suelo, y en reposo, su energía mecánica es igual a la energía potencial gravitatoria. En el proceso de caída la energía potencial se va transformado en energía cinética, manteniédose constante la energía mecánica total:
Y cuando choca con el suelo, una fracción λ de la energía cinética que tiene en el momento del impacto se transforma en calor absorbible por el hielo. Como éste esta a una temperatura de 0oC, este calor absorbido se invierte en derretir una parte de la masa de hielo.
Vamos a llamar h a la altura inicial del bloque de hielo, m a su masa y g a la aceleración de la gravedad. En el momento de impactar con el suelo su energía cinética es
Ec = mgh
Si se absorbe una fracción λ de esa energía en forma de calor tenemos
Q = λmgh
La masa de hielo que se funde es
donde Lf es el calor latente de fusión del hielo a 1 atmósfera de presión. Entonces la fracción de masa derretida es
Utilizando los datos del problema (
, λ = 0.02) y el valor 
obtenemos
