Energía del trabajo
Un ejemplo de sistema mecánico: Un satélite orbita alrededor de la Tierra influenciado únicamente por la fuerza gravitatoria conservadora; su energía mecánica se conserva, por tanto. La aceleración del satélite está representada por el vector verde y su velocidad por el vector rojo. Si la órbita del satélite es una elipse, la energía potencial del satélite y su energía cinética varían con el tiempo, pero su suma permanece constante.
En ciencias físicas, la energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética. El principio de conservación de la energía mecánica establece que si un sistema aislado está sometido únicamente a fuerzas conservativas, la energía mecánica es constante. Si un objeto se mueve en la dirección opuesta a una fuerza neta conservativa, la energía potencial aumentará; y si la velocidad (no la rapidez) del objeto cambia, la energía cinética del objeto también cambia. En todos los sistemas reales, sin embargo, habrá fuerzas no conservativas, como las fuerzas de fricción, pero si son de magnitud despreciable, la energía mecánica cambia poco y su conservación es una aproximación útil. En las colisiones elásticas, la energía cinética se conserva, pero en las colisiones inelásticas parte de la energía mecánica puede convertirse en energía térmica. La equivalencia entre la pérdida de energía mecánica (disipación) y el aumento de la temperatura fue descubierta por James Prescott Joule.
Energía cinética
La definición anterior (Emech = U + K) supone que el sistema está libre de fricción y de otras fuerzas no conservativas. La diferencia entre una fuerza conservativa y una no conservativa es que, cuando una fuerza conservativa mueve un objeto de un punto a otro, el trabajo realizado por la fuerza conservativa es independiente de la trayectoria.
En cualquier situación real, las fuerzas de fricción y otras fuerzas no conservativas están presentes, pero en muchos casos sus efectos en el sistema son tan pequeños que el principio de conservación de la energía mecánica puede utilizarse como una aproximación justa. Por ejemplo, la fuerza de fricción es una fuerza no conservativa, porque actúa reduciendo la energía mecánica de un sistema.
Nótese que las fuerzas no conservativas no siempre reducen la energía mecánica. Una fuerza no conservativa cambia la energía mecánica, hay fuerzas que aumentan la energía mecánica total, como la fuerza proporcionada por un motor, también es una fuerza no conservativa. Ejemplo de conservación de la energía mecánica – PénduloSupongamos un péndulo (bola de masa m suspendida en una cuerda de longitud L que hemos tensado de forma que la bola se encuentra a una altura H < L sobre su punto más bajo en el arco de su movimiento de cuerda estirada. El péndulo está sometido a la fuerza gravitatoria conservativa, siendo despreciables las fuerzas de fricción como el arrastre del aire y el rozamiento en el pivote.
Qué es la energía potencial
La energía mecánica describe el estado del sistema en un instante de tiempo determinado. La energía cinética es el descriptor del movimiento y la energía potencial describe la configuración del sistema o la posición relativa de los diferentes constituyentes del sistema (por ejemplo, la altura de una pelota con respecto al centro de la Tierra, la distancia entre dos bloques unidos por un muelle).
Nótese que el trabajo interno conservativo no aparece en esta ecuación, porque no cambia la energía mecánica total de un sistema. Simplemente traslada la energía de potencial a cinética o viceversa. Así, el trabajo interno conservativo se contabiliza automáticamente siguiendo la energía potencial.
Adoptaremos esta representación más corta del trabajo,Wi,fNC, pero tendremos en cuenta que los responsables del cambio de la energía mecánica de un sistema son los términos Wi,fInternoNC y Wi,fExterno que aparecen en la ley de cambio mostrada en la Energía Mecánica, Trabajo Externo y Trabajo interno y no Conservador.
Definición de energía térmica
Ejemplos: Un objeto que posee energía mecánica tiene tanto energía cinética como potencial, aunque la energía de una de las formas puede ser igual a cero. Un coche en movimiento tiene energía cinética. Si el coche sube una montaña, tiene energía cinética y potencial. Un libro colocado sobre una mesa tiene energía potencial.
Ejemplo: Cualquier forma de luz tiene energía electromagnética, incluidas las partes del espectro que no podemos ver. La radio, los rayos gamma, los rayos X, las microondas y la luz ultravioleta son algunos ejemplos de energía electromagnética.
La energía asociada a la gravedad consiste en la atracción entre dos objetos en función de su masa. Puede servir de base para la energía mecánica, como la energía potencial de un objeto colocado en una estantería o la energía cinética de la Luna en órbita alrededor de la Tierra.
Ejemplo: Cuando un niño que se balancea en un columpio llega a la parte superior del arco, tiene la máxima energía potencial. Cuando está más cerca del suelo, su energía potencial es mínima (0). Otro ejemplo es lanzar una pelota al aire. En el punto más alto, la energía potencial es máxima. Cuando la pelota sube o baja, tiene una combinación de energía potencial y cinética.