Capitulo 7 sears

ENERGÍA POTENCIAL Y CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
Mientras un clavadista se precipita hacia el agua, cierta energía potencial gravitacional sc convierte en energía cinética del clava· dista. Cuando el clavadista entra en el agua, pierde rapidez y su energía cinética se convierte en energía térmica del agua, elevando un poco su temperatura. Mediciones cuidadosas demuestran que no se pierde energíaen este proceso; la energía sólo cambia de forma.

Cuando el c1avadista entra en el agua, ¿ésta realiza sobre él trabajo positivo o negativo? ¿la fuerza de la gravedad efectúa trabajo positivo o negativo sobre él?

damente, con mucha energía cinetica. ¿De dónde proviene esa energía? la respuesta que dimos en el capítulo 6 fue que la fuerza gravitacional (el peso) realiza trabajo sobre elc1avadista al caer. La energía cinética del clavadista --energía asociada con su movimiento- aumenta en una cantidad igual al trabajo

Cuando un c1avadista se tira de un trampolin a la alberca, golpea el agua rápi-

realizado.
Sin embargo. hay otra forma muy útil de ver el trabajo y la energía cinética. Este nuevo enfoque se basa en el conceplo de energía potencial, que es energía aso-

ciada conla posición de un sistema, no a su movimiento. En este enfoque, hay energía potencial gravitacional incluso cuando el clavadista está parado en el
trampolín. Al caer, no se agrega energía al sistema Tierra-clavadista, sino que una

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Energía pOlencial y conservación de la energía

reserva de energía se transforma de una fanna (energía potencial) a otra(energía cinética). En este capítulo, veremos cómo puede entenderse esta transfornmción con el teorema de trabajo-energía. Si el clavadisla rebola en ellrampolín antes de saltar, la tabla flexionada almacena otra clase de energía potencíalllamada energía potencial elástica. Veremos la energia potencial elástica de sistemas sencillos como un resorte estirado o comprimido. (Otra clase importante deenergía potencial se asocia a las posiciones relativas de partículas con carga eléctrica. Veremos esto en el capítulo 23). Demostraremos que, en algunos casos, la suma de las energias cinética y potencial de un sistema, llamada, energía mecánica lotal, es constante durante su movimiento. Esto nos llevará al enunciado general de la ley de conservación de la energía, uno de los principios másfundamentales y trascendentales de la ciencia.

7.1
Movimiento

I Energía potencial gravitacional

(a) La energía polencial gravitacionaJ U disminuye

jI

Movimiento

y,

o ----,----'---------'-~
(b) La cncrgfa polencial gravimcional U aumenta

7.1 La fuerza gravitacional realiza trabajo dumntc el movimiento vertical de un cuerpo desde una alrufa inicial YI a una altura final Yl- Laenergía pOlencial gravitacional (a) disminuye si el cuerpo se mueve hacia abajo y (h) aumenta si se mueve hacia arriba.

w

Una partícula gana o pierde energía cinética porque interactúa con otros cuerpos que ejercen fuerzas sobre él. En el capitulo 6 vimos que, en cualquier interacción, el cambio de energía cinética de una partícula es igual al trabajo lota1 efectuado sobre ella por todas lasfuerLas que actúan sobre ella. En muchas situaciones, parece que se almacena energía en un sistema para recuperarse después. Es como una cuenta de ahorros, depositamos dinero que luego retiramos. Por ejemplo, hay que efectuar trabajo sobre el martíllo de un martinete para levantarlo. Parece razonable que, al elevar el martillo en el aire, se está almacenando energía en el sistema, la cual se conviertedespués en energía cinética al caer el martillo. O considere a su primo rito en su columpio. Suponga que le da un empujón, confiriéndole cierta energía cinética y luego 10 deja oscilar libremente. Tito se detiene momentáneamente cuando llega a los extremos de su arco, así que ahí no tiene energía cinética, pero la recupera al pasar por el punto bajo del arco. Parece como si en los puntos altos...