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Energía mecánica

Energía mecánica

En física, la energía mecánica es la suma de energía potencial y energía cinéticaEsta energía está asociada con el movimiento y la posición de un objeto. El principio de la energía mecánica dice que en un sistema aislado donde solo hay una fuerza conservadora, entonces la magnitud de la energía mecánica es constante.

Si un objeto se mueve en la dirección opuesta a la fuerza conservadora, entonces la energía potencial aumenta. Seria el caso de un cohete, la fuerza conservadora, en este caso, serií la fuerza de la gravedad.  Si la velocidad del objeto cambia, entonces su energía cinética también cambia.

Sin embargo, en todos los sistemas reales, los estilos no conservadores como las fuerzas de fricción aparecerán, pero a menudo su valor es ignorado. Esto hace que el valor de la energía mecánica se pueda considerar constante. En las colisiones elástica, la energía mecánica se almacenará, pero en las colisiones no elásticas, parte de la energía mecánica se convierte en energía térmica, en forma de calor. La relación entre la pérdida de energía mecánica (disipación) y el aumento de las temperaturas fue descubierta por James Prescott Joule.

Muchas de las herramientas se utilizan para convertir la energía mecánica a partir de y a otras formas de energía, tales como los motores eléctricos que convierten la energía eléctrica en energía mecánica, el motor eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica y los motores térmicos o los motores de vapor ( máquina de vapor ) transforman el calor en energía mecánica.

Diferencias de la energía mecánica con otros tipos de energía 

La agrupación de energía en varios tipos a menudo sigue los límites de la rama de evaluación de las ciencias naturales. En este sentido podríamos establecer la siguiente relación de tipos de energía.

  • Energía química, es un tipo de energía potencial almacenada en enlaces químicos.
  • Energía nuclear, la energía nuclear es la energía almacenada en interacciones entre partículas dentro del núcleo atómico. Su aprovechamente se obtiene mediante los reacciones de fisión nuclear y de fusión nuclear.
  • Energía electromagnética, este tipo de energía se presenta en forma de cargas eléctricas, campos magnéticos y fotones. Su desarrollo se estudia en el campo de electromagnetismo.
  • Varias formas de energía en mecánica cuánticapor ejemplo, el nivel de energía de un electrón dentro de un átomo.

Energía mecánica como capacidad de trabajo.

Un objeto que tiene energía mecánica es capaz realizar un trabajo. De hecho, la energía mecánica se define a menudo como la capacidad de trabajar . Cualquier objeto que posea energía mecánica, ya sea en forma de energía potencial o energía cinética, es capaz de funcionar. Es decir, su energía mecánica permite que ese objeto aplique una fuerza a otro objeto para hacer que se mueva.

Se pueden dar numerosos ejemplos de cómo un objeto con energía mecánica puede explotar esa energía para aplicar una fuerza y ​​hacer que otro objeto se mueva.

Un ejemplo clásico es la esfera pesada de una máquina de demolición .

La bola que se rompe es un objeto masivo que se balancea desde una posición alta que le permite girar hacia la estructura del edificio u otros objetos para demolerlo.

En caso de colisión con la estructura, la esfera ejerce una fuerza sobre ella que hace que la pared de la estructura se rompa.

Aunque un martillo es una herramienta que utiliza energía mecánica para realizar el trabajo.

La energía mecánica de un martillo le da al martillo su capacidad de aplicar fuerza a un clavo para hacer que se mueva. Dado que el martillo tiene energía mecánica (en forma de energía cinética), es capaz de hacer el trabajo en el clavo. La energía mecánica es la capacidad de trabajar.

Otro ejemplo que ilustra cómo la energía mecánica es la capacidad de un objeto para trabajar se puede ver una noche en una bolera.

La energía mecánica de una bola de boliche le da a la bola la capacidad de aplicar fuerza a un pin para hacer que se mueva. Dado que la esfera masiva tiene energía mecánica (en forma de energía cinética), puede trabajar en el pasador. La energía mecánica es la capacidad de trabajar.

Una pistola de juguete que dispara flechas es otro ejemplo de cómo la energía mecánica de un objeto puede trabajar en otro objeto. Cuando se carga una pistola y se comprimen los resortes, tiene energía mecánica.

La energía mecánica de los resortes comprimidos le da a los resortes la capacidad de aplicar una fuerza al dardo para hacer que se mueva. Debido a que los resortes tienen energía mecánica (en forma de energía potencial elástica), puede hacer el trabajo de la flecha. La energía mecánica es la capacidad de trabajar.

Una escena común en algunas partes del campo es un "parque eólico". Los vientos de alta velocidad se utilizan para trabajar en las palas de las turbinas de un llamado parque eólico.

La energía mecánica del aire en movimiento da a las partículas de aire la capacidad de aplicar una fuerza y ​​provocar un desplazamiento de las palas.

A medida que las palas giran, su energía se convierte posteriormente en energía eléctrica (una forma de energía no mecánica) y se suministra a hogares e industrias para que funcionen los electrodomésticos.

Dado que el viento en movimiento tiene energía mecánica (en forma de energía cinética), puede trabajar en las palas. Nuevamente, la energía mecánica es la capacidad de trabajar.

Energía mecánica total

Como ya se mencionó, la energía mecánica de un objeto puede ser el resultado de su movimiento (energía cinética = KE) y / o el resultado de su energía de posición almacenada (energía potencial = PE).

La cantidad total de energía mecánica es simplemente la suma de la energía potencial y la energía cinética. Esta suma se denomina simplemente energía mecánica total (TME para abreviar).

TME = PE + KE

Como se discutió anteriormente, hay dos formas de energía potencial discutidas en nuestro curso: energía potencial gravitacional y energía potencial elástica. Por esta razón, la ecuación anterior se puede reescribir:

TME = PEgrav + PEspring + KE

Hay condiciones en las que la energía mecánica total será un valor constante y condiciones en las que será un valor variable.

Por ahora, recuerde que la energía mecánica total es la energía que posee un objeto debido a su movimiento o su energía de posición almacenada.

La cantidad total de energía mecánica es simplemente la suma de estas dos formas de energía.

Finalmente, para resumir lo que ya se ha dicho varias veces, un objeto con energía mecánica es capaz de trabajar sobre otro objeto.

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Fecha publicación: 14 de noviembre de 2017
Última revisión: 26 de octubre de 2020