Energía

La Energía

Definición

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.

En física, energía se define como la capacidad para realizar un trabajo. Las unidades de la energía son los Joules, o Julios.

Tipos de Energía

Los principales tipos de energía son la energía cinética, la energía potencial y la energía total.

• Energía mecánica: es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial (gravitatoria y elástica):
• Energía cinética: Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación Ec = 1/2mv², donde m es la masa del objeto y v² la velocidad del mismo elevada al cuadrado. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.
• Energía potencial: La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo, dependiendo de la configuración que tengan en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. La energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas. Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A. Su fórmula es 

Ep=1/2Kx² 

• Trabajo: Como idea general, hablamos de trabajo cuando una fuerza (expresada en newton) mueve un cuerpo y libera la energía potencial de este; es decir, un hombre o una maquina realiza un trabajo cuando vence una resistencia a lo largo de un camino. Por ejemplo, para levantar una caja hay que vencer una resistencia, el peso P del objeto, a lo largo de un camino, la altura d a la que se levanta la caja. El trabajo T realizado es el producto de la fuerza P por la distancia recorrida d.

• Energía total: Se puede hallar aplicando las expresiones de la energía cinética o de la potencial. También se pueden sumar ambas energías. Et= Ec + Ep 

T = F · d                          Trabajo = Fuerza • Distancia

Video explicativo:

Ejercicio de práctica:

1-Un macetero de 0,5 Kg de masa cae desde una  ventana (donde estaba en reposo) que se encuentra a una altura de 4 metros sobre el suelo. Determine con qué  velocidad choca en el suelo si cae.

Para resolver este problema veamos los datos de que disponemos:

Tenemos (m) la masa = 0,5 Kg

Tenemos (h) la altura desde la cual cae = 4 metros

Y conocemos la constante de gravedad (g) = 10 m/s2

Con estos datos podemos calcular de inmediato la energía potencial que posee  el macetero antes de caer y llegar hasta el suelo, pues la fórmula es:

Reemplazamos lo valores en la fórmula y tenemos:

Ahora bien, esta Energía potencial (20 Joules) se ha transformado en Energía cinética desde el momento en que el macetero empezó a caer (a moverse) hacia la tierra, donde choca luego de recorrer la distancia (altura) desde su posición inicial (la ventana).

Por lo tanto,  Energía potencial es igual a la Energía cinética, igual a 20 Joules

Ep = Ec = 20 J

Y como conocemos la fórmula para calcular la energía cinética

Reemplazamos y nos queda:

Con estos datos es claro que podremos despejar la ecuación para conocer la velocidad con la cual el macetero llega a la tierra (choca).

(Recordemos que ½ =  0,5)

Respuesta: El macetero cae a tierra (choca) con una velocidad de 8,9 m/s
2-Un rifle dispara una bala de 4,2 g con una rapidez de 965 m/s.

a) Encuentre la energía cinética de la bala.

b) ¿Cuánto trabajo se realiza sobre la bala si parte del reposo?

c) Si el trabajo se realiza sobre una distancia de 0,75 m, ¿cuál es la fuerza media sobre la bala?

Desarrollo:

Recordemos que la unidad de medida de la energía es la misma del trabajo, el Joule.

Anotemos los datos que tenemos:

masa de la bala = 4,2 g = 0,0042 Kg

rapidez de la bala = 965 m/s

distancia = 0,75 m

Con esto nos damos cuenta de que teniendo una masa (un cuerpo) y conociendo su rapidez (velocidad) podemos calcular la Energía cinética usando al fórmula::

Respuesta a)

La energía cinética de la bala es 1.956 Joules

Calculemos b)

Nos piden calcular un trabajo pero no conocemos el valor de F (la fuerza) para aplicar la fórmula T = F • d , pero conocemos la Energía cinética final (1.956 J) y el enunciado del problema nos dijo que la Energía cinética inicial es cero (la bala parte del reposo).

Entonces aplicamos la fórmula

Respuesta b)

El trabajo realizado sobre la bala equivale a 1.956 Joules

Ahora calculamos c)

Como tenemos T y distancia (no hay ángulo) , para calcular la Fuerza (F) usamos la fórmula simple

T = F • d

Respuesta c)

La fuerza media sobre la bala a los 0,75 m es de 2.608 Newton (N)