Energía Mecánica

La energía existe en el universo en varias formas: energía mecánica, energía electromagnética, energía química, energía termal, y energía nuclear. En términos simples, el universo no es más que una transformación continua de energía. Podemos definir el concepto energía como la habilidad de causar cambios. Es decir, un objeto tiene energía si posee la habilidad de causar cambios en las propiedades físicas o químicas de otros objetos.

La energía mecánica de un objeto está asociada a su velocidad y su posición. Resulta imposible observar la energía mecánica de un objeto. Sin embargo, podemos estudiar la energía mecánica cuando se transforma de una forma a otra o cuando se transfiere de un lugar a otro. A esta transformación o transferencia de energía la llamamos trabajo. Normalmente el concepto trabajo es asociado al esfuerzo físico o mental a través del cual en ocasiones obtenemos una remuneración económica. Sin embargo, en la ciencia trabajo se refiere única y exclusivamente a la transformación o transferencia de energía.

Consideremos un objeto que se mueve cierto desplazamiento “d”, bajo la acción de una fuerza “F”, constante. El trabajo realizado por la fuerza se define como el producto de la magnitud de la fuerza que actúa en dirección del desplazamiento y la magnitud del desplazamiento.

W = F d


De acuerdo a la definición de trabajo, una fuerza realiza trabajo en un objeto cuando las siguientes dos condiciones se cumplen:

1. el objeto se desplaza
2. la fuerza es en la dirección del desplazamiento


Si aplicamos una fuerza sobre un objeto y el mismo no se desplaza, podemos concluir que el trabajo realizado es cero. Aunque nos agotemos físicamente, no se habrá realizado trabajo.

La primera ley de Newton establece que: “Un objeto en reposo o en movimiento con velocidad constante, es decir en línea recta con rapidez constante, permanecerá así hasta que una fuerza externa no balanceada actúe sobre él”. Es decir, para cambiar el movimiento de un objeto, hace falta la acción de una fuerza. Esta fuerza causará un cambio en el estado mecánico del objeto, por lo que podemos concluir que la misma realiza trabajo. En otras palabras, ocurre una transferencia o transformación de energía. Esta energía transferida o transformada producirá un cambio observable en el movimiento del objeto.

Cuando una fuerza no balanceada actúa sobre un objeto, este acelera (F = ma). Si el objeto se desplaza una cierta magnitud “d” entonces la fuerza habrá realizado trabajo.

W = F d

W = (m a) d


Mientras la fuerza actúa en el objeto; ésta realiza trabajo en el objeto transfiriendo energía. El desplazamiento está dado por la ecuación

d = ½ (vf + vi)t

y la definición de aceleración es

a = (vf – vi) / t

entonces

W = [m (vf – vi) / t] [½ (vf + vi)t]

W = ½ m [(vf – vi) (vf + vi)]

W = ½ m (vf²– vi²)

W = (½ m vf²) – (½ m vi²)


a cada término lo llamamos energía cinética (k).

La energía cinética es la energía mecánica asociada al movimiento de un objeto. Cuando un objeto se mueve, tiene energía cinética debido a su velocidad. En términos generales a mayor velocidad mayor energía.

k = ½ m v²


Fíjate que el trabajo es igual a la diferencia en la energía cinética de un objeto.

W = (½ m vf²) – (½ m vi²)

W = kf - ki


Si el trabajo es positivo (W > 0), implica que la energía cinética final, kf, es mayor que la energía cinética inicial, ki. Esto significa que el objeto aumentaría su velocidad, siendo la fuerza en dirección del desplazamiento.

Si el trabajo es negativo (W < 0), implica que la energía cinética final, kf, es menor que la energía cinética inicial, ki. Esto significa que el objeto disminuiría su velocidad, siendo la fuerza en dirección opuesta al desplazamiento.

Si el trabajo es cero (W = 0), implica que la energía cinética final, kf, es igual a la energía cinética inicial, ki. Esto significa que el objeto mantendrá una velocidad constante o igual a cero.
                 
     
     
Cuando la fuerza F actúa sobre el bloque m logrando un desplazamiento d, decimos que la fuerza ha realizado trabajo sobre el bloque. La magnitud del trabajo realizado está dado por W=Fd.
   
        
La fuerza aplicada por el niño realizará trabajo sobre la caja, solo si ésta comienza a desplazarse.
     
       
La fuerza de gravedad actúa sobre el libro atrayéndolo hacia el centro de la tierra y realizando trabajo en el libro. Como la fuerza es en dirección del desplazamiento, el trabajo realizado por la fuerza de gravedad es positivo. Esto significa que la velocidad del libro aumentará según vaya cayendo.     

Presentaciones de energía

 

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