Fórmula de conservación de la energía mecánica
[BL][OL] Comienza por distinguir la energía mecánica de otras formas de energía. Explica cómo la definición general de energía como la capacidad de realizar un trabajo tiene perfecto sentido en términos de cualquiera de las formas de energía mecánica. Discutir la ley de conservación de la energía y disipar cualquier concepto erróneo relacionado con esta ley, como la idea de que los objetos en movimiento se ralentizan de forma natural. Identifique el calor generado por la fricción como la explicación habitual de las aparentes violaciones de la ley.
[Inicie un debate sobre cómo otras formas útiles de energía también terminan como calor desperdiciado, como la luz, el sonido y la electricidad. Intente que los alumnos comprendan el calor y la temperatura a nivel molecular. Explique que la energía que se pierde por el rozamiento es en realidad la transformación de la energía cinética a nivel macroscópico en energía cinética a nivel atómico.
Energía mecánica y conservación de la energíaAntes vimos que la energía mecánica puede ser potencial o cinética. En esta sección veremos cómo se transforma la energía de una de estas formas a la otra. También veremos que, en un sistema cerrado, la suma de estas formas de energía permanece constante.
Energía térmica
Los químicos dividen la energía en dos clases. La energía cinética es la que posee un objeto en movimiento. La tierra que gira alrededor del sol, tú caminando por la calle y las moléculas que se mueven en el espacio tienen energía cinética.
La energía cinética es directamente proporcional a la masa del objeto y al cuadrado de su velocidad: E.K. = 1/2 m v2. Si la masa tiene unidades de kilogramos y la velocidad de metros por segundo, la energía cinética tiene unidades de kilogramos-metros al cuadrado por segundo al cuadrado. La energía cinética se suele medir en unidades de julios (J); un julio equivale a 1 kg m2 / s2.
Correcto. Fíjate en que, dado que la velocidad está elevada al cuadrado, el hombre que corre tiene mucha más energía cinética que el que camina. Fíjate también en la cantidad de energía que tiene el coche en movimiento. ¡No es de extrañar que los accidentes puedan causar tanto daño!
Se han introducido los valores correctos. Fíjate en que, como la velocidad está elevada al cuadrado, el hombre que corre tiene mucha más energía cinética que el que camina. Observa también cuánta energía tiene el coche en movimiento. No es de extrañar que los accidentes puedan causar tanto daño.
Cómo calcular la energía mecánica sin la velocidad
La energía cinética es la energía del movimiento. Un objeto en reposo no tiene movimiento; por tanto, no tiene energía cinética. La energía cinética K de un objeto rígido no giratorio en movimiento depende de la masa m y de la velocidad v del objeto como sigue:
La masa m de un objeto es una medida de la inercia del objeto, la tendencia inherente del objeto a mantener una velocidad constante. La inercia de un objeto es lo que dificulta su movimiento. Las palabras “masa” e “inercia” significan lo mismo. Los físicos suelen utilizar la palabra “inercia” cuando hablan de la propiedad en términos conceptuales generales, y la palabra “masa” cuando le asignan un valor o la utilizan en una ecuación. La masa tiene unidades de kilogramos, abreviado kg. La velocidad v tiene unidades de metros por segundo, abreviado m/s. Fíjate en las unidades de la ecuación 2-1:
A la izquierda tenemos la energía cinética que tiene unidades de julios. A la derecha tenemos el producto de una masa por el cuadrado de una velocidad. Por tanto, las unidades de la derecha son \(kgdfrac{m^2}{s^2}\), y podemos deducir que un julio es un \(kgdfrac{m^2}{s^2}\).
Energía eléctrica
La capacidad de un objeto para realizar un trabajo se mide por su energía mecánica, o la suma de la energía cinética y la energía potencial del objeto. La energía mecánica se debe a la posición o al movimiento de un objeto. La fórmula de la energía mecánica es energía mecánica = energía cinética + energía potencial.
Los objetos almacenan energía en forma de energía potencial. La energía potencial química es el potencial de un objeto para sufrir una reacción exotérmica; la energía potencial de un muelle comprimido es el potencial de un muelle para expandirse; y la energía potencial gravitatoria es el potencial de un objeto para caer desde una altitud elevada a una altitud baja. La fórmula de la energía potencial es energía potencial gravitatoria = masa × aceleración debida a la gravedad × altura.
La energía de un objeto en movimiento se llama energía cinética. La energía cinética se define como la energía necesaria para que un objeto acelere desde una posición de reposo hasta su velocidad actual. energía cinética = 1/2 × masa × velocidad2.