3.6. Entre grúas y barcos

Las grúas del puerto de Marín

Gigantes movidos por la física

Imagen lejana de varias grúas en el puerto de Marín. Cada día, decenas de barcos atracan en los puertos gallegos cargados de mercancías.

Pero, ¿alguna vez te has parado a pensar en la energía necesaria para mover esos contenedores?

Detrás del ruido de las máquinas y el movimiento de los barcos, se esconden las dos protagonistas de la física:

La energía potencial y la energía cinética.

El poder de la altura

Imagen de una grúa en el puerto de Marín.

Una de las grúas del puerto engancha un contenedor de 20 toneladas de un barco.

Al elevarse por la grúa, el contenedor comienza a almacenar energía.

La energía potencial gravitatoria es la energía que tienen los objetos debido a su posición o altura.

Cuanto más alto sube la grúa el contenedor, más energía potencial acumula.

Esta energía depende de tres factores que puedes ver en el puerto:

La masa del contenedor: a mayor masa, mayor energía potencial.
La gravedad, que siempre tira hacia abajo.
La altura a la que se encuentre: a mayor altura, mayor energía potencial.

La energía del movimiento

Imagen de una grúa con una carga en el puerto de Marín.

Ahora imagina que el contenedor se suelta de la grúa y cae hacia el suelo.

Al caer, el contenedor pierde altura, pero empieza a ganar velocidad.

En ese momento, la energía potencial se transforma en energía cinética.

La energía cinética es simplemente la energía que tiene un objeto por el hecho de estar en movimiento.

Esta energía depende de dos cosas:

La masa del contenedor: a mayor masa, mayor energía cinética.
La velocidad de movimiento: cuanto más rápido se mueva el objeto, mayor será su energía cinética.

Por eso, cuando el contenedor cae, cada vez tiene más energía del movimiento hasta que llega al suelo.

Lectura facilitada

Cada día, muchos barcos llegan a los puertos de Galicia llenos de mercancías.

Para mover esos contenedores tan pesados, se usan dos tipos de energía: la energía potencial y la energía cinética.

Energía potencial
- Cuando una grúa del puerto engancha un contenedor y lo levanta, ese objeto empieza a guardar energía.
- La energía potencial es la que tienen los objetos cuando están a cierta altura.
- Depende de:
  - La masa: a mayor masa, mayor energía potencial.
  - La altura: a mayor altura, mayor energía potencial.
  - La gravedad.
Energía cinética
- Si se rompen los cables de la grúa y cae el contenedor libremente, la energía "guardada" se despierta y se convierte en movimiento.
- La energía cinética es la que tienen los cuerpos por el hecho de estar moviéndose.
- Depende de:
  - La masa: a mayor masa, mayor energía cinética.
  - La velocidad: a mayor velocidad, mayor energía cinética.

Nada se pierde, todo se transforma

Lo más llamativo de las grúas del puerto es que estas dos energías están en constante intercambio.

La energía no desaparece.

Simplemente ha cambiado de forma para que el trabajo en el puerto sea posible.

Contenedor subiendo con flecha amarilla hacia arriba.

SUBIENDO

La grúa eleva el contenedor.

Al ganar altura, gana energía potencial.

Al estar en movimiento posee energía cinética.

Para lograr esto, el motor de la grúa consume energía eléctrica.

Contenedor llegando a la altura máxima de la grúa.

UNA PAUSA

El contenedor se detiene en el punto más alto.

Máxima energía potencial porque la altura es máxima.

No hay energía cinética, porque el contenedor está parado.

Contenedor bajando con flecha hacia abajo.

BAJANDO

La grúa desciende el contenedor.

A medida que pierde altura, la energía potencial disminuye.

Una parte de la energía potencial se convierte en energía cinética.

Otra parte de la energía potencial se transforma en calor en los frenos de la grúa para evitar que caiga de golpe.

Si fuera caída libre, toda la energía potencial se transformaría en energía cinética.

Es decir, una situación donde no hubiera frenos, resistencia del aire o la fricción interna de los cables.

Física en el astillero

Lee el texto y completa las palabras que faltan.

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Grúas en un astillero de Marín con un barco en reparación.

MARÍN – Las grúas que predominan en el astillero trabajan sin descanso en la construcción del nuevo buque rojo que ves en la imagen.

Para mover las piezas de acero, el equipo de ingeniería debe calcular con precisión cada fuerza.

Cuando la grúa levanta una pieza de gran @@masa@@, está actuando contra la @@gravedad@@ terrestre.

A medida que la pieza gana @@altura@@, aumenta su energía @@potencial@@.

Si la pieza se detiene en lo alto para ser soldada, no tiene @@movimiento@@, por lo que su energía cinética es cero.

Sin embargo, cuando la grúa baja un material, se produce una @@transformación@@: la energía @@potencial@@ se convierte en energía @@cinética@@ y @@calor@@.

Si la bajada es rápida, el objeto alcanza una mayor @@velocidad@@.

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Descubre las fórmulas

Es el momento de comprobar qué elementos controlan la energía en las grúas.

https://www.geogebra.org/m/fmrpk5s4 (Ventana nueva)

Proxecto%20cREAgal,https%3A//www.geogebra.org/m/fmrpk5s4,Energ%EDa%20mec%E1nica%20potencial%20y%20cin%E9tica,0,Autor%EDa

Actividad%20no%20completada,Actividad%20superada.%20Puntuaci%F3n%3A%20%25s,Actividad%20no%20superada.%20Puntuaci%F3n%3A%20%25s,Guardar%20la%20puntuaci%F3n

Autoría: Ambaro

Subiendo y bajando

Ahora vas a comprobar, a diferentes alturas, cómo varía la energía potencial.

En el applet de GeoGebra, mantén la masa en 1000 kg, la velocidad en 0 m/s y la gravedad está aproximada a 10 m/s².

Anota los resultados para la energía potencial.

Masa (m)	Gravedad (g)	Altura (h)
1000 kg	10 m/s²	10 m
1000 kg	10 m/s²	20 m
1000 kg	10 m/s²	30 m

Si la grúa eleva el contenedor de 10 metros a 20 metros manteniendo la misma carga. ¿Qué ocurre exactamente con la cantidad de energía potencial acumulada?
Si decides bajar la altura a la mitad, ¿se reducirá la energía potencial también a la mitad o se mantendrá igual?

Aumentando la masa

Con diferentes cargas la energía potencial también varía.

En el applet de GeoGebra, mantén la altura en 10 m, la velocidad en 0 m/s y la gravedad está aproximada a 10 m/s².

Anota los resultados para la energía potencial.

Masa (m)	Gravedad (g)	Altura (h)
500 kg	10 m/s²	10 m
1000 kg	10 m/s²	10 m
2000 kg	10 m/s²	10 m

Si la grúa levanta un contenedor que tiene el doble de masa que el anterior a la misma altura. ¿Qué le ocurre a la energía potencial?
Si sustituyes un contenedor pesado por uno que tiene la mitad de masa, ¿necesitas la mitad de energía potencial para mantenerlo en lo alto o la energía no cambiará?
¿Qué operación matemática relaciona la masa, la gravedad y la altura para que el resultado sea la energía potencial? ¿Ocurre lo mismo en la tabla anterior?

Entonces... ¿la fórmula?

¿Has probado a multiplicar la masa, la gravedad y la altura?

Haz la prueba en las dos tablas. ¿Se cumple?

Co has visto cuánto mayor es la masa del cuerpo y más alto está, mayor es la energía potencial, entonces:

E_P = m · g · h

Donde m es la masa del cuerpo, g es la aceleración de la gravedad y h es la altura a la que se encuentra el cuerpo.

El movimiento en acción

Ya sabes que elevar un contenedor requiere un esfuerzo y que esa energía se queda guardada.

Pero, ¿qué ocurre cuando el operador de la grúa suelta el freno y el contenedor empieza a bajar?

Esa energía "guardada" se transforma en movimiento.

Vuelve al GeoGebra y con una altura de 100 m y una masa de 1000 kg pulsa en iniciar animación.

Esta vez, fíjate en la barra de energía cinética mientras el objeto está en movimiento.

Masa (m)	Velocidad (v)	Cálculo (v²)	Energía cinética (Ec)
1000 kg	2 m/s
1000 kg	4 m/s
1000 kg	8 m/s

Como puedes ver, la velocidad es la pieza clave.

Al ser un valor al cuadrado, un pequeño aumento en la rapidez del contenedor genera una cantidad enorme de energía.

Si una grúa en el astillero baja una pieza de hierro al doble de velocidad que ayer, ¿la energía con la que llegaría al suelo es el doble o mucho mayor?
Imagina dos contenedores bajando a la misma velocidad: uno está vacío (poca masa) y otro lleno (mucha masa). ¿Cuál de los dos tiene más energía cinética y sería más difícil de frenar?

¿Y la cinética?

La fórmula de la energía cinética es un poco más complicada.

Pero ten claro que, cuanto más rápido cae y cuanto mayor es su masa, tiene más energía cinética.

E_C = 1 2m · v²

Donde m es la masa del cuerpo y v su velocidad.

La energía del puerto

Grúa del puerto subiendo contenedor.

Una grúa del puerto eleva un contenedor de 2000 kg hasta una altura de 10 m para cargarlo en un buque.

Calcula la energía potencial acumulada usando g = 9,8 m/s².

Ep = Rellenar huecos (1): J

Tren de mercancías llegando al puerto.

Un tren llega al puerto con un vagón de pescado congelado que tiene una masa de 5 toneladas y se mueve a una velocidad de 2 m/s.

Calcula su energía cinética.

Ec = Rellenar huecos (2): J

Carretilla elevadora.

En una nave del puerto, una carretilla coloca un palé de latas de conserva de 800 kg en la estantería más alta, a 5 m del suelo.

Calcula la energía potencial que tendrá el palé almacenado arriba usando la gravedad exacta: g = 9,8 m/s².

Ep = Rellenar huecos (3): J

Camión con mercancía.

Un camión cargado sale del muelle con una masa total de 3000 kg a una velocidad constante de 10 m/s.

Calcula la energía cinética que debe controlar la conductora.

Ec = Rellenar huecos (4): J

Habilitar JavaScript

El contenedor flota

Personaje masculino de portada con un micrófono y globos de verdad y mentira.

¿Qué está pasando en el puerto?

Estibadores del puerto de Marín han informado de un fenómeno increíble en la grúa 4.

Según operarios, un contenedor de 20 toneladas parecía perder peso a medida que la grúa lo elevaba

"Normalmente, cuanto más alto subimos la carga, más pesa y más esfuerzo tiene que hacer la grúa para sostenerla", declaró una trabajadora.

Al llegar al punto más alto, los indicadores de tensión marcaron el mínimo, como si la gravedad hubiera dejado de actuar.

La Autoridad Portuaria ha precintado la zona para investigar las causas de este suceso.

Galicia noticias

Formáis parte de la redacción de un periódico local.

Acabáis de leer esta noticia, con datos muy extraños, en un periódico digital.

Como periodistas tenéis que comprobar la veracidad de la información y redactar una argumentación rápida para informar a la población.

1. Verificar

Después de leer la información, responded a estas preguntas para localizar los errores:

¿Es posible que un objeto pierda peso simplemente por alejarse unos metros del suelo?
Si tú sostienes una mochila en alto sin moverte, ¿te cuesta más mantenerla a la altura del pecho que a la altura de la cabeza? ¿Por qué el trabajador dice que la grúa "sufre más" arriba?
¿Es posible que el periodista esté usando la palabra "pesar" cuando en realidad debería hablar de "energía potencial acumulada"?
Si los indicadores de tensión marcaron el mínimo arriba del todo, ¿significa que la gravedad ha desaparecido o que se ha estropeado el sensor de la grúa?
¿Puede un contenedor de 20 toneladas transformarse en algo más ligero sin sacar nada de su interior?

2. Tu noticia

Cread un titular de impacto
- Cread un titular que denuncie el error de la noticia y capte la atención.
La respuesta a la noticia
- Redactad una respuesta breve (máximo 5 líneas).
- Debéis explicar de forma clara qué está pasando realmente con la energía potencial.
- Realizad una representación gráfica para explicar vuestro argumento.

Obra publicada con Licencia Creative Commons Reconocimiento No comercial Compartir igual 4.0