En anteriores artículos analizamos a fondo la energía cinética y todo lo relacionado con ella. En este caso, continuamos con la formación y pasamos a estudiar la energía mecánica. Este tipo de energía es la que se produce por el trabajo de un cuerpo. Puede ser transferida entre otros cuerpos. Se podría decir que es la suma de la energía cinética que se produce por el movimiento de los cuerpos, con la energía potencial elástica y/o gravitatoria. Esta energía se produce por medio de la interacción de los cuerpos en relación con la posición que tiene cada uno.
En este post podrás conocer todo lo relacionado con la energía mecánica, desde cómo funciona hasta cómo calcularla y sus utilidades. ¿Te gustaría aprender sobre ello? Sigue leyendo 🙂
Explicación de la energía mecánica
Para que se entienda fácilmente, pongamos un ejemplo. Vamos a pensar en un objeto que se lanza desde una distancia del suelo. Ese objeto llevará una energía cinética previa por estar moviéndose. Conforme va avanzando, adquiere una velocidad y una energía potencial gravitatoria al estar elevado sobre el nivel del suelo. Pongamos el lanzamiento de una pelota como ejemplo.
Teniendo en cuenta que nuestro brazo ejerce un trabajo sobre la pelota, le transfiere la energía cinética para que se pueda desplazar. En este ejemplo vamos a considerar la fuerza de rozamiento con el aire despreciable o, de lo contrario, dificultaría enormemente los cálculos y el aprendizaje del concepto. Cuando la pelota ha sido lanzada y está en el aire, lleva la energía cinética que le impulsa a moverse y la energía potencial gravitatoria que le atrae hacia el suelo por estar elevado.
Siempre hay que tener en cuenta que estamos sometidos a la fuerza de la gravedad. La gravedad terrestre nos empuja hacia el suelo con una aceleración de 9,8 metros por segundo al cuadrado. Ambas fuerzas que están interactuando con la pelota tienen una velocidad, aceleración y dirección distinta. Por ello, la energía mecánica es la resultante de ambas energías.
La unidad de medida de la energía mecánica, según el Sistema internacional, es el julio.
Fórmula
Para los físicos, calcular la energía mecánica se traduce en la suma de la energía cinética y la potencial gravitatoria. Esto se expresa por la fórmula:
Em = Ec + Ep
Donde Em es la energía mecánica, Ec la cinética y Ep la potencial. La fórmula de la energía cinética la vimos en otro post. Cuando hablamos de energía potencial gravitatoria, estamos hablando del resultado de la masa por la altura y por la gravedad. La multiplicación de estas unidades nos enseña la energía potencial de un objeto.
Principio de conservación de la energía
Desde siempre los profesores nos han insistido una y otra vez en que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Esto nos lleva hasta el principio de la conservación de la energía.
Cuando la energía mecánica proviene de un sistema aislado (aquel en el que no hay fricción) basado en las fuerzas conservativas (que conserva la energía mecánica del sistema) su resultante permanecerá constante. En otra situación, la energía del cuerpo será constante siempre y cuando el cambio se produzca sólo en el modo de energía y no en su valor. Esto es, si la energía se transforma de cinética en potencial o en mecánica.
Por ejemplo, si lanzamos la pelota verticalmente tendrá toda la energía cinética y potencial en el momento del ascenso. Sin embargo, cuando llegue a su punto más alto, al estar parada sin desplazamiento, sólo tendrá la energía potencial gravitatoria. En este caso, la energía se conserva, pero en modo de potencial.
Esta deducción se puede expresar matemáticamente con la ecuación:
Em = Ec + Ep = constante
Ejemplos de ejercicios
Para ofreceros una mejor enseñanza de este tipo de energía, vamos a poner unos cuantos ejemplos de ejercicios y los resolveremos paso por paso. En esta cuestiones involucraremos los distintos tipos de energía que hemos visto hasta ahora.
- Marque la opción incorrecta:
- a) Energía cinética es la energía que un cuerpo posee, por estar éste en movimiento.
- b) Se puede decir que energía potencial gravitatoria es la energía que un cuerpo posee por situarse a una cierta altura sobre la superficie terrestre.
- c) La energía mecánica total de un cuerpo es común, incluso con la aparición de fricción.
- d) La energía total del universo es constante, pudiendo ser transformada de una forma a otra; sin embargo, no puede ser creada ni destruida.
- e) Cuando un cuerpo posee energía cinética, que es capaz de realizar trabajo.
En este caso, la opción incorrecta es la última. El trabajo no lo realiza el objeto que posee la energía cinética, sino el cuerpo que le ha dado esa energía. Volvamos al ejemplo de la pelota. Al lanzarla nosotros al aire, somos los que ejercemos el trabajo para otorgarle la energía cinética para desplazarse.
- Pongamos que un autobús con una masa m avanza por una carretera de montaña y va descendiendo por una altura h. El conductor del autobús mantiene los frenos pisados para no chocar cuesta abajo. Esto hace que la velocidad del autobús permanezca constante aunque ese esté descendiendo. Considerando estas condiciones, señala si es verdadero o falso:
- La variación de la energía cinética del coche es nula.
- La energía mecánica del sistema bus-Tierra se conserva, ya que la velocidad del bus es constante.
- La energía total del sistema bus-Tierra se conserva, aunque parte de la energía mecánica se transforma en energía interna.
La respuesta de este ejercicio es V,F,V. Es decir, la primera opción es verdadera. Si nos vamos hasta la fórmula de la energía cinética podemos ver que si la velocidad es constante la energía cinética se mantiene constante. La energía mecánica no se conserva, puesto que la potencial gravitatoria sigue variando al descender de alturas. La última sí es verdadera, ya que la energía interna del vehículo crece para mantener el cuerpo en movimiento.
Espero que con estos ejemplos puedan aprender mejor sobre la energía mecánica y aprobar los exámenes física que tanto cuestan a muchas personas 😛