Energía Mecánica

En el ámbito de la física, debe suministrarse energía para realizar trabajo, por lo tanto si realizamos trabajo sobre algún objeto, le hemos añadido una cantidad de energía igual al trabajo realizado. Todo lo que nos rodea es energía en distintas formas, pero la suma de todas ellas es siempre una constante. Por ahora vamos a estudiar la energía relacionada con la mecánica.

Energía Cinética

Energía Cinética: Es la energía que presenta un cuerpo en virtud de su movimiento (traslación, vibración y rotación) . Su expresión es:

donde Ec es la energía cinética, m la masa del cuerpo, v la velocidad. En el sistema internacional de medidas la energía se mide en Joule, el cual se define como:

 

1 Joule = N· m

 

Comentario: Todas las energías al igual que el trabajo se pueden medir en calorias, aunque no es típico, ni tampoco es unidad del Sistema Internacional.

 

1 calorías = 4,18 Joule

Deducción de la ecuación

Supongamos un cuerpo que parte del reposo y que después de recorrer un desplazamiento Δx, adquiere una velocidad v, entonces si calculamos el trabajo efectuado por esa fuerza tendremos:

Energía Potencial

Energía potencial gravitatoria: Es la energía que presenta un cuerpo en virtud de su posición. Esta energía solo está presente en campos de fuerza conservativas ( el trabajo en una trayectoria cerrada es nula y el trabajo realizado entre dos puntos es independiente de la traectoria). Su expresión es la siguiente

donde Ep es la energía potencial, m la masa y h la altura del cuerpo. Sin embargo, esta ecuación es válida sólo cuando se está cerca de la superficie de la tierra, por que en realidad la energía potencial esta fundamentada en la ley de Gravitación de Newton y tiene la siguiente forma:

Sin embargo el estudio en mayor profundidad se dará en tercero medio diferenciado.

Energía potencial elástica

Es la energía debido a la deformación de un cuerpo elástico respecto a su posición de equilibrio. Una masa se encuentra unida a un resorte. (a) En un primer momento, la masa está en reposo y el resorte se encuentra en equilibrio, es decir, no está ni estirado ni comprimido. (b) Debido a la acción de un agente externo que ha realizado trabajo sobre el sistema, la masa se ha desplazado una distancia Δx y el resorte se ha comprimido en la misma cantidad.

La energía potencial elástica se mide como todas las energías en Joule en el Sistema Internacional de Medidas, y la expresión que permite su cálculo es:

Donde k es la constante de Hook y que depende del material, y Δx, el desplazamiento, desde us posición de equilibrio.


Trabajo y Energía

Cuando tenemos un automóvil y este quiere aumentar su velocidad de 20 m/s a 40 m/s, es necesario aplicar una fuerza para ello, entonces decimos que esa fuerza realiza un trabajo mecánico, por lo que la energía cinética del cuerpo varía.

Trabajo y Energía Potencial

Cuando tenemos un cuerpo en una altura ya, entonces tiene una energía potencial inicial igual a mgyasi ese cuerpo se suelta, entonces la fuerza peso hará un trabajo positivo para llevar de a un donde tendrá una energía potencial final


Referencias bibliográficas

  • Paves, L.A., Jiménez, J.E., y Ramos, E. (2009). Física 3º año medio. Santiago, Chile: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE CHILE LTDA.
  • Serway, R. A & Jewett, J. W. (2008). Física para ciencias e ingeniería [Vol. 1, 7º edición]. México D.F.: Cengage Learning.