FÍSICA

Energía cinética y energía potencial

La energía es una magnitud física que se muestra en múltiples manifestaciones. Definida como la capacidad de realizar trabajo y relacionada con el calor (transferencia de energía), se percibe fundamentalmente en forma de energía cinética, asociada al movimiento, y potencial, que depende sólo de la posición o el estado del sistema involucrado.

Energía cinética

El trabajo realizado por fuerzas que ejercen su acción sobre un cuerpo o sistema en movimiento se expresa como la variación de una cantidad llamada energía cinética, cuya fórmula viene dada por:

El producto de la masa m de una partícula por el cuadrado de la velocidad v se denomina también fuerza viva, por lo que la expresión anterior se conoce como teorema de la energía cinética o de las Fuerzas Vivas.

Energía potencial gravitatoria

Todo cuerpo sometido a la acción de un campo gravitatorio posee una energía potencial gravitatoria, que depende sólo de la posición del cuerpo y que puede transformarse fácilmente en energía cinética.

Un ejemplo clásico de energía potencial gravitatoria es un cuerpo situado a una cierta altura h sobre la superficie terrestre. El valor de la energía potencial gravitatoria vendría entonces dado por:

siendo m la masa del cuerpo y g la aceleración de la gravedad.

Si se deja caer el cuerpo, adquiere velocidad y, con ello, energía cinética, al tiempo que va perdiendo altura y su energía potencial gravitatoria disminuye.

Energía potencial elástica

Otra forma común de energía potencial es la que posee un muelle cuando se comprime. Esta energía potencial elástica tiene un valor igual a:

donde x es la posición del extremo del muelle y k una constante de proporcionalidad. Al soltar el muelle, se libera energía potencial elástica, al tiempo que el extremo del muelle adquiere velocidad (y, también, energía cinética).

Al comprimir un muelle, se realiza un trabajo que se acumula como una energía potencial elástica.

Energía mecánica

En los procesos físicos, la energía suele almacenarse en los cuerpos en forma combinada de tipo cinético y potencial. Esta suma de energías se denomina energía mecánica, y se escribe genéricamente como:

Fuerzas que intervienen en un cuerpo lanzado hacia arriba: una genera movimiento (energía cinética) y la otra, el peso, va acumulando energía potencial gravitatoria hasta el punto más elevado de la trayectoria.

Conservación de la energía mecánica

Uno de los principios básicos de la física sostiene que la energía no se crea ni se destruye, sino que sólo se transforma de unos estados a otros. Este principio se extiende también a la energía mecánica. Así, en un sistema aislado, la suma de energías cinética y potencial entre dos instantes de tiempo se mantiene constante.

De este modo, la energía cinética se transforma en potencial, y a la inversa, pero la suma de ambas siempre se conserva (cuando el sistema está aislado y no se aplican fuerzas disipativas).

Potencia mecánica

La energía transferida (o el trabajo realizado) por unidad de tiempo bajo la acción de una fuerza se denomina potencia mecánica, y se expresa como:

Si se considera la definición de trabajo (ver t11), se tiene que:

La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio (símbolo W), equivalente a un julio dividido por un segundo (1 W = 1 J / 1 s).

Trabajo neto

Cuando sobre un sistema actúan varias fuerzas conjugadas, cada una de ellas contribuye independientemente a la realización de un trabajo. A efectos teóricos, se considera que sólo actúa sobre el cuerpo la fuerza resultante de todas las aplicadas, que efectuaría un trabajo neto susceptible de absorber o de aportar energía en sus múltiples manifestaciones.

 

La fuerza de rozamiento

Transformación de trabajo en calor por la acción de una fuerza disipativa (el rozamiento).

No todas las fuerzas presentes en la naturaleza son capaces de realizar trabajo útil. Existen algunas, llamadas disipativas, como la de rozamiento o fricción, que se opone al movimiento y se invierte en calentar las superficies de contacto (no puede recuperarse, por tanto, en forma de energía cinética).

 

Potencia de los electrodomésticos

Los electrodomésticos proporcionan diversas cantidades de energía por unidad de tiempo, según su finalidad. Algunos ejemplos de potencias son los siguientes: televisor, 200 W; secador de pelo, 500 W; horno eléctrico, 2.000 W.