20 Energía Mecánica

La energía que es debida a la posición o al movimiento de un objeto, corresponde a la energía mecánica.

Cuando el agua de una represa se desprende, la energía potencial se convierte en energía cinética y la suma de ambas conforma la energía mecánica. Cuando se realiza trabajo para dar cuerda a un mecanismo de resorte, el resorte adquiere la capacidad de realizar trabajo sobre los engranajes de un reloj, de un timbre o de una alarma.

En cada uno de estos casos se ha adquirido algo. Este “algo” que adquiere un objeto le permite hacer trabajo. Puede darse en la forma de una comprensión de los átomos del material de un objeto; puede ser la separación física de cuerpos que se atraen; puede tratarse de un reordenamiento de cargas eléctricas en las moléculas de una sustancia. Ese “algo” que permite a un objeto realizar trabajo es la energía mecánica. Las unidades para medir la energía son similares a las utilizadas para medir el trabajo, siendo la más común el Joule (J).

Como la energía mecánica equivale a la suma de la energía potencial y la energía cinética, es necesario describir los tipos:


Energía Potencial (Ep)
Se define como la energía determinada por la posición de los cuerpos. Esta energía depende de la altura y el peso del cuerpo según la ecuación:

Donde:

Ep = Energía potencial de un cuerpo (J)
W = Peso del cuerpo (N)
h = Altura donde se encuentra el cuerpo (m)

Con lo cual un cuerpo de masa (m) situado a una altura (h) (se da por hecho que se encuentra en un planeta por lo que existe aceleración gravitatoria) posee energía. Debido a que esta energía depende de la posición del cuerpo con respecto al centro del planeta se la llama energía potencial gravitatoria.

Otra forma de describir la energía potencial es referirse a la energía almacenada que posee un sistema como resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, si se mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por la pelota y la Tierra tiene una determinada energía potencial; si se eleva más la pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Otros ejemplos de sistemas con energía potencial son una cinta elástica estirada o dos imanes que se mantienen apretados de forma que se toquen los polos iguales.


Energía cinética (Ec)
Se define como la energía asociada al movimiento. Ésta energía depende de la masa y de la velocidad según la ecuación:

Donde:

Ec = Energía cinética de un cuerpo (J)
m = Masa del cuerpo (Kg)
v = Velocidad a la que se mueve el cuerpo (m/s)

Lo cual nos indica que un cuerpo de masa (m) que lleva una velocidad (v) posee energía cinética.










Principio de la Conservación de la Energía Mecánica

Como lo hemos descrito anteriormente, la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

La energía mecánica total de un sistema es constante cuando actúan dentro del sistema sólo fuerzas conservativas. Por otra parte, la energía mecánica se pierde cuando están presentes fuerzas no conservativas, como la fricción, pero se transforma en energía calorífica o termodinámica.

Un ejemplo de esta situación es cuando dejamos resbalar un objeto pesado por una rampa, parte de la energía mecánica es transformada en energía termodinámica (fuerza no conservativa) que hace que las superficies en contacto aumenten su temperatura.
Dicho principio es regido por la siguiente ecuación:

Donde:

Etotal = Energía mecánica total de un cuerpo (J)
Ep = Energía potencial del un cuerpo (J)
Ec = Energía cinética del un cuerpo (J)

Para analizar lo anterior podemos hacer referencia a un objeto que se encuentra en caída libre. La altura del objeto le proporciona energía potencial, mientras que el movimiento de asigna energía cinética. A medida que el objeto tiene menos altura pierde energía potencial, pero adquiere energía cinética.

Lo anterior nos da la pauta para poder analizar el Principio de la Conservación de la Energía en dos casos:

Movimiento Horizontal

En este caso la energía de posición no existe debido a que la altura será siempre la misma, por lo que, en teoría, el cuerpo solo puede tener energía cinética. La ecuación que nos regirá para este caso es:

Donde:

Etotal = Energía mecánica total de un cuerpo (J)
m = Masa del cuerpo (Kg)
v = Velocidad a la que se mueve el cuerpo (m/s)



Para este caso debemos analizar un movimiento de caída libre. Como lo mencionamos anteriormente, un cuerpo pierde energía potencial a medida que su altura es reducida, pero aumenta su energía cinética, con lo que la ecuación para este caso será:

Donde:

Etotal = Energía mecánica total de un cuerpo (J)
m = Masa del cuerpo (Kg)
v = Velocidad a la que se mueve el cuerpo (m/s)
W = Peso del cuerpo (N)
h = Altura donde se encuentra el cuerpo (m)

Cabe mencionar que esta ecuación puede ser modificada de acuerdo con la posición del objeto en estudio (h) y de la velocidad a la que se mueva (v), puesto que estas son las únicas magnitudes que pueden variar para este caso.










Para saber más:

Gracias: platea.pntic.mec.es, salonhogar.net, electricasas.com, arely401.blogspot.com, kalipedia.com/ecología, wikipedia.org, monografias.com, resueltoscbc.com.ar, youtube.com…
Publicadas por

No hay comentarios.:

Publicar un comentario

Suscribirse a: Comentarios de la entrada (Atom)