ENERGÍA

14/12/2009 at 12:58 AM

TRABAJO Y ENERGÍA

La energía puede definirse como la capacidad de efectuar trabajo. esta definición sólo es correcta para la energía mecánica.

Pero, ¿qué se entiende por trabajo? En el lenguaje cotidiano tiene diversos significados. En física tiene un significado muy específico para describir lo que se obtiene mediante la acción de una fuerza que se desplaza cierta distancia.

El trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud como en dirección, se define como: “el producto de la magnitud del desplazamiento por la componente de la fuerza paralela al desplazamiento”.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Cuando se dice que una cantidad física se conserva, lo que se quiere decir es que es constante, o que tiene un valor constante. Dado que tantas cosas cambian continuamente en los procesos físicos, las cantidades que se conservan son muy útiles para entender y describir el universo. Sin embargo, hay que tener en cuenta que, generalmente, se conservan sólo en condiciones especiales.

La conservación de la energía, es una de las leyes de conservación más importantes. Una afirmación conocida es que la energía total del universo se conserva, siempre y cuando se tome todo el universo como un sistema (cantidad dada de materia encerrada por fronteras reales ó imaginarias) sin interacción externa.

La cantidad de energía de un sistema se mantiene constante cuando el sistema no efectúa trabajo mecánico ni se efectúa trabajo mecánico sobre él, y cuando no se transmite energía al sistema ni desde el sistema (incluidas energía térmica y radiación).

Así: LA ENERGÍA TOTAL DE UN SISTEMA AISLADO SIEMPRE SE CONSERVA.

Entonces, si las fuerzas que intervienen son conservativas (si el trabajo efectuado por ellas, para mover un objeto, es independiente de la trayectoria del objeto), la energía mecánica total es:

E = K + U

Siendo K la energía cinética y U la energía potencial gravitacional debido a su altura.

En un sistema conservativo:                   E = EO  , entonces K + U = KO + UO

Lo que quiere decir que:                         K – KO = U – UO

Lo que se quiere decir, finalmente, es que la suma de las dos energías en cualquier punto de la trayectoria del movimiento del objeto, si el sistema es conservativo, siempre es la misma.

Veamos un ejemplo:

Si una persona deja caer un objeto de masa “m” desde una altura “h” , ¿cuál es la energía cinética del objeto cuando está a una altura h/3 y cuál es la rapidez con la que llega al suelo?

Solución: En cualquier punto siempre  E = K + U , siendo E la energía mecánica total.

Ahora, como a una altura h no tiene energía cinética ya que no está en movimiento, entonces a esa altura  E = U = mgh

Ya a una altura h/3 tiene las dos energías, es decir: E = K + U , lo que quiere decir que:

mgh = K + mgh/3 . Entonces:  K = mgh – mgh/3

Finalmente  cuando llega al suelo: no tiene energía potencial, es decir:

E = K   entonces: mgh = mv2/2 , ya que se había encontrado que  E  = mgh.

Así las cosas quedan: v = √(2gh)

PREGUNTAS DE PRÁCTICA

1.  Un pitcher lanza una pelota rápida, cuando el bateador choca  la pelota, ¿realiza trabajo  negativo o positivo? Presenta argumento

2. Un estudiante lleva  una mochila a la universidad. ¿Qué trabajo efectúa su fuerza portadora vertical sobre la mochila?  Explique.

3.  Queremos reducir la energía cinética de un objeto  a la mitad, y  para  ello podemos reducir  su  masa a la mitad  o bien su velocidad a la mitad ¿Qué  opción conviene  más?

4.  Un pintor en un andamio deja caer una lata de pintura de 1,5 kg desde una altura de 16 m, ¿Qué   velocidad  llevara  cuando halla bajado 4 m?

5.  Se deja caer  una pelota de 2 kg de masa, desde una altura de 10m ¿aqué altura la energía cinética es de 30 J?

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