Energia Mecanica

La energía mecánica y su conservación
Sin duda, uno de los conceptos centrales de la física y de la mecánica en particular, es el de energía. La energía es la capacidad de la materia para producir transformaciones. La energía mecánica que ya definiremos más adelante, es la que nos permite realizar trabajo mecánico. Trabajo mecánico Aunque en la vida cotidiana es compón asociar la idea de trabajocon el esfuerzo o cualquier otra acción en la que se requiera energía, en física y en mecánica en particular, el trabajo tiene una definición bastante restringida. Decimos que una fuerza realiza trabajo sobre un cuerpo cuando al actuar sobre éste lo desplaza en la misma dirección en que actúa. Por ejemplo:

En este caso, la fuerza realiza trabajo porque el cuerpo es desplazado una distancia dde manera paralela a la fuerza.

Operacionalmente el trabajo (W) se determina como:

W = F∙d
Sus unidades están dadas por:

W = F∙d= [N∙m]= joule =[J]
Es muy importante tener en cuenta algunas situaciones especiales, por ejemplo, cuando aplicamos una fuerza, pero no somos capaces de producir desplazamiento, el trabajo en ese caso es nulo. Esto es independiente de la energía que empleemos,si no hay desplazamiento no hay trabajo. Algo similar ocurre cuando sostenemos una maleta o un bulto en el hombro en reposo. Aunque nos cansemos, no hay trabajo porque no hay desplazamiento. También es importante considerar que el desplazamiento debe ser realizado en la dirección en que actúa la fuerza. Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, esa fuerza no realiza trabajo. Por ejemplo, sisostenemos una maleta verticalmente para evitar que el peso la haga caer y nos movemos horizontalmente, entonces esa fuerza vertical, al igual que el peso no realizan trabajo porque actúan de manera perpendicular al desplazamiento.

Potencia mecánica La potencia es una medida de la rapidez con que se realiza trabajo y se determina operacionalmente como la razón entre el trabajo realizado y eltiempo empelado en realizar dicho trabajo, es decir:

Las unidades de la potencia están dadas por:

Ejemplo Supón que se traslada un mueble del modo que se ilustra en la figura.

Si la fuerza F que aplicas es 200 newton y el desplazamiento (d) que produces en el mueble es 10 m, entonces, el trabajo que realizas es:

T = Fd = (200 N)×(10 m) = 2.000 joule.
Ahora bien, este trabajo lo puedesrealizar en diferentes tiempos. Si en trasladar el mueble te demoras 10 s, entonces la potencia que desarrollas es

En cambio, si lo haces lentamente y demorándote 40 s, la potencia que desarrollarás será de 50 watt, aunque el trabajo seguirá siendo el mismo.

Formas de energía mecánica La energía mecánica es la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento y/o posición. De acuerdo conesto hablamos de energía cinética o energía potencial gravitatoria.

Energía Cinética (EC) Es la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento y operacionalmente se determina de la siguiente manera:

Y sus unidades están dadas por

Energía potencial gravitatoria (EP) Es la energía que posee un cuerpo debido a la altura a la que se encuentra sobre la Tierra. Operacionalmente esta energíase determina como:

Donde m es la masa del cuerpo, g la aceleración de gravedad y h la altura a la que se encuentra; sus unidades están dadas por:

Observación importante El trabajo tiene las mismas unidades de la energía y en gran medida ambas magnitudes son equivalentes. En efecto, el trabajo mecánico es una forma de transferir energía a un cuerpo. Por ejemplo cuando una fuerza actúa sobreun cuerpo desplazándolo, lo hace de manera acelerada, cambiando la velocidad del cuerpo y por consiguiente su energía cinética. Es decir,

si se trabaja a favor del movimiento de un cuerpo aumentamos su energía cinética y si lo hacemos en contra, disminuiremos su energía cinética. Para un movimiento horizontal, donde la energía potencial se mantiene constante, la variación de energía cinética...