⚡ ENERGÍA MECÁNICA
Explicar en qué consiste la energía mecánica y reconocer los aspectos en que se presenta.
La energía es la capacidad de producir un trabajo. Existen diferentes formas de energía y por su naturaleza tenemos energía potencial y cinética.
🏃 ENERGÍA CINÉTICA (Ec)
La energía cinética es un tipo de energía mecánica que posee un cuerpo debido a su movimiento o velocidad; por ejemplo: el ciclista en movimiento.
Fórmula de la Energía Cinética
Ambas formas son válidas para representar la energía cinética
Donde:
• m: masa expresada en kilogramos (kg)
• v: velocidad expresada en metros por segundo (m/s)
• Ec o K: energía cinética expresada en joules (J)
💡 ¿Qué es lo que deben saber?
- Como la energía se mide en Joules, la masa se debe medir en kilogramos (kg), y la velocidad en m/s. Por lo tanto, si no son estas las unidades, habrá que transformar unidades.
- El trabajo mecánico es exactamente igual a la variación de energía cinética. Luego si se conocen las velocidades inicial y final, se puede conocer la variación de energía cinética, esta variación es exactamente igual al Trabajo Mecánico que realiza la fuerza externa para provocar dicho cambio.
- Todo trabajo mecánico está asociado a un cambio de energía, si una persona realiza trabajo mecánico, entonces parte de su energía metabólica se pierde al realizar este trabajo.
Ejercicios y problemas relacionados con energía cinética, trabajo mecánico y transformaciones de energía.
🏔️ ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA (Epg)
La energía potencial es un tipo de energía mecánica que posee un cuerpo debido a su posición, por ejemplo, un cuerpo que se encuentra a una cierta altura puede caer y realizar un trabajo o un resorte comprimido o estirado puede mover un cuerpo también realizando trabajo.
La energía potencial la consideramos como la suma de todas las energías potencial como la gravitatoria, elástica, etc.
Energía potencial gravitatoria (Epg): Es la que tienen los cuerpos debido al campo gravitatorio de la tierra. Es el trabajo que realiza la fuerza de la gravedad para trasladar a un cuerpo desde una posición cualquiera hasta un nivel de referencia. Se calcula multiplicando el peso del cuerpo por la altura, respecto al nivel de referencia.
Fórmula de la Energía Potencial Gravitatoria
Ambas formas son válidas para representar la energía potencial gravitacional
Donde:
• m: masa en kilogramos (kg)
• h: altura en metros (m)
• g: aceleración de gravedad = 10 m/s²
• Epg o U: energía potencial gravitatoria en joules (J)
Ejercicios y problemas relacionados con energía potencial gravitatoria, trabajo mecánico y transformaciones de energía.
🔄 ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA (Epe)
Es el trabajo que realiza la fuerza elástica desde una posición a otra, por ejemplo desde la posición A hasta la posición B de la figura.
Fórmula de la Energía Potencial Elástica
Ambas formas son válidas para representar la energía potencial elástica
Donde:
• k: constante de elasticidad (N/m)
• x: deformación del resorte en metros (m)
• Epe o Ue: energía potencial elástica en joules (J)
Ejercicios y problemas relacionados con energía potencial elástica, constante elástica y transformaciones de energía.
⚙️ ENERGÍA MECÁNICA (EM)
Es la suma de las energías cinética y potencial (gravitatoria, elástica, etc.)
Fórmula de la Energía Mecánica
Donde $E_p$ (o $U$) incluye la energía potencial gravitatoria y elástica
Donde:
• EM: Energía Mecánica total (J)
• Ec o K: Energía Cinética (J)
• Ep o U: Energía Potencial (gravitatoria + elástica + ...) (J)
Ejercicios y problemas relacionados con energía mecánica total, conservación de energía y transformaciones entre energía cinética y potencial.
♻️ CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
Es probable que en numerosas ocasiones hayas oído decir que "la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma". En realidad, tal afirmación es uno de los principios más importantes de la Física y se denomina Principio de Conservación de la Energía. Vamos a particularizarlo para el caso de la energía mecánica.
Para entender mejor este concepto vamos a ilustrarlo con un ejemplo. Imagina una pelota colgada del techo que cae sobre un resorte. Según el principio de conservación de la energía mecánica, la energía mecánica de la bola es siempre la misma y por tanto durante todo el proceso dicha energía permanecerá constante, tan solo cambiarán las aportaciones de los distintos tipos de energía que conforman la energía mecánica.
🔄 Transformaciones de Energía
- Antes de caer: La energía mecánica de la bola está formada únicamente por energía potencial gravitatoria.
- Durante la caída: Al caer y adquirir velocidad, la energía potencial gravitatoria va convirtiéndose en energía cinética, dejando constante la energía mecánica.
- Al impactar el resorte: Al impactar contra el resorte, lo comienza a comprimir, provocando que la energía mecánica se componga de energía cinética, energía potencial gravitatoria y energía potencial elástica; pero siempre resultando el mismo valor la suma de éstas.
Ejercicios y problemas relacionados con conservación de energía mecánica, transformaciones entre energía cinética y potencial, y trabajo de fuerzas disipativas.
