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Fuerzas de la naturaleza III - Energías

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Concepto básico de Energía Cinética y Energía Potencial. Concepto de Energía Mecánica.

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Fuerzas de la naturaleza III - Energías

  1. 1. Profesor Juan Sanmartín Física Recursos subvencionados por el…
  2. 2. Energía La energía es una propiedad que está relacionada con los cambios o procesos de transformación en la naturaleza. Sin energía ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. La forma de energía asociada a las transformaciones de tipo mecánico se denomina energía mecánica y su transferencia de un cuerpo a otro recibe el nombre de trabajo. Ambos conceptos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos de forma más sencilla que usando términos de fuerza y constituyen, por ello, elementos clave en la descripción de los sistemas físicos. Refinería de Petróleo
  3. 3. El estudio del movimiento atendiendo a las causas que lo originan lo efectúa la Dínámica como teoría física relacionando las fuerzas con las características del movimiento, tales como posición y velocidad. Es posible, no obstante, describir la condición de un cuerpo en movimiento introduciendo una nueva magnitud, la energía mecánica, e interpretar sus variaciones mediante el concepto de trabajo físico. Ambos conceptos surgieron históricamente en una etapa avanzada del desarrollo de la dinámica y permiten enfocar su estudio de una forma por lo general más simple. Energía Potencial Energía Cinética
  4. 4. En el lenguaje ordinario energía es sinónimo de fuerza; en el lenguaje científico, aunque están relacionados entre sí, ambos términos hacen referencia a conceptos diferentes. Algo semejante sucede con el concepto de trabajo, que en el lenguaje científico tiene un significado mucho más preciso que en el lenguaje corriente. El movimiento, el equilibrio y sus relaciones con las fuerzas y con la energía, define un amplio campo de estudio que se conoce con el nombre de mecánica. La mecánica engloba la cinemática o descripción del movimiento, la estática o estudio del equilibrio y la dinámica o explicación del movimiento. El enfoque en términos de trabajo y energía viene a cerrar, pues, una visión de conjunto de la mecánica como parte fundamental de la física.
  5. 5. El término energía es probablemente una de las palabras propias de la física que más se nombra en las sociedades industrializadas. La crisis de la energía, el costo de la energía, el aprovechamiento de la energía, son expresiones presentes habitualmente en los diferentes medios de comunicación social. ¿Pero qué es la energía? Antigua Máquina excavadora – Central de As Pontes (A Coruña)
  6. 6. La noción de energía se introduce en la física para facilitar el estudio de los sistemas materiales. La naturaleza es esencialmente dinámica, es decir, está sujeta a cambios: cambios de posición, cambios de velocidad, cambios de composición o cambios de estado físico, por ejemplo. Pues bien, existe algo que subyace a los cambios materiales y que indefectiblemente los acompaña; ese algo constituye lo que se entiende por energía. La energía es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos pueden transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad de energía que se pone en juego, se cede o se recibe.
  7. 7. Un embalse no sólo es un depósito de agua útil para el riego, la alimentación, los servicios, etc., sino que también es un depósito de energía. El agua, al descender hasta el nivel del río, cede su energía potencial, que se transforma finalmente en energía eléctrica. Ésta es una forma barata de almacenar energía. Constituye el fundamento de la producción de energía hidroeléctrica. En las horas en que baja el consumo de energía eléctrica (horas valle), algunas centrales utilizan la propia energía que generan en bombear de nuevo agua del rio al embalse, va que no es rentable pararlas Embalse Ribadavia (Ourense)
  8. 8. La locomotora eléctrica, cuando se desplaza, posee una energía cinética tanto mas elevada cuanto mayor sea la velocidad y la masa que arrastre. Esta energía cinética la ha adquirido consumiendo en sus motores energía eléctrica, que ha sido transportada de la central a través del tendido eléctrico. No todas las líneas ferroviarias están electrificadas. En las líneas no electrificadas suelen utilizarse locomotoras diesel. El metro es un tren eléctrico. Las energías potencial y cinética constituyen en conjunto la energía mecánica.
  9. 9. Así, por ejemplo, un cuerpo colocado a una determinada altura dentro del campo gravitatorio terrestre tiene una energía potencial (energía potencial gravitatoria) debida a la gravedad; un cuerpo colgado colocado en un campo eléctrico tiene una energía potencial debida a las fuerzas eléctricas que actúan sobre él (energía potencial eléctrica); un resorte comprimido tiene una energía potencial del da a la fuerza recuperadora que tiende a devolverlo a su forma normal (energía potencial elástica), etc. Energía PotencialConcepto y tipos Se llama energía potencial la energía que tiene un cuerpo que es situado en un campo de fuerzas, en virtud de la posición que ocupa dicho campo.
  10. 10. Energía Potencial Gravitatoria Cuando un cuerpo de masa que estaba inicialmente en el suelo levantamos hasta una altura h, estamos realizando un trabajo. levantamos el cuerpo verticalmente y despreciamos la resisten del aire, el valor de la energía en ese punto es: La energía potencial gravitatoria es la capacidad que tiene un cuerpo de realizar trabajo, en virtud de la posición que ocupa dentro campo gravitatorio. mghEpotencial 
  11. 11. Supongamos que sobre un cuerpo de masa m, inicialmente en reposo, actúa una fuerza F, de tal manera que el cuerpo comienza moverse. Cuando el cuerpo haya recorrido una distancia s, ha adquirido una velocidad. Sobre este cuerpo se ha realizado un trabajo y, como consecuencia de ello, el cuerpo ha adquirido una energía cinética. Si prescindimos del rozamiento, la energía cinética adquirida por el cuerpo es igual trabajo que se ha realizado sobre él. Todos los cuerpos que no están en reposo poseen una cantidad Energía debida a su movimiento. Esta energía se conoce como energía cinética. Se llama energía cinética la capacidad de realizar trabajo que tiene cuerpo en movimiento, en virtud de la velocidad de dicho cuerpo. Energía cinética = Trabajo realizado Energía Cinética.
  12. 12. Es decir, la energía cinética que adquiere un cuerpo que se encuentra en reposo, cuando se efectúa un trabajo W sobre él, es igual a la mitad del producto de la masa de dicho cuerpo por el módulo de la velocidad que adquiere dicho cuerpo elevada al cuadrado. 2 2 1 mvEcinética 
  13. 13. Como el cuerpo se encuentra al nivel del suelo, no tiene energía potencial. Sin embargo, a medida que el cuerpo sube, va disminuyendo su velocidad y, en consecuencia, va disminuyendo su energía cinética. Por el contrario, a medida que el cuerpo gana altura, la energía potencial aumenta progresivamente. La ascensión del cuerpo continuará hasta que su velocidad llegue a ser nula, alcanzando entonces el punto más alto de su trayectoria. En ese momento la energía cinética será nula y la energía potencial será máxima. En estas condiciones, al igual que en el caso anterior, el valor de la energía potencial que tiene el cuerpo en el punto más alto es igual a la energía cinética que tenía dicho cuerpo en el instante inicial de su movimiento. Es decir, la energía cinética se ha transformado completamente en energía potencial. pfci EE 
  14. 14. Sistemas donde no se consideran las fuerzas de rozamiento Supongamos un cuerpo que desciende desde una cierta altura, h hasta llegar al nivel del suelo despreciando el rozamiento del aire. Estudiaremos la energía que tiene dicho cuerpo en un punto cualquiera, A, de su recorrido. El cuerpo se encontrará a una determinada altura, hA, y, por lo tanto, tendrá una determinada energía potencial: ApA mghE  En dicho punto, el cuerpo tendrá también una velocidad, Va, y energía cinética: 2 2 1 mvEcA 
  15. 15. Busca enlaces a otras páginas relacionadas con el tema en… www.juansanmartin.net

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