2. Energía mecánica
La energía se puede presentar de diferentes formas. Una de ellas, la energía mecánica está relacionada con máquinas y movimientos.
Esta energía mecánica se puede encontrar de dos formas: la energía potencial gravitatoria, relacionada con la posición que ocupan los cuerpos, y la energía cinética, que tiene que ver con su velocidad.
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Definición de energía mecánica
Se define la energía mecánica de un sistema como la suma de las energías cinética y potencial de las partículas que lo componen.
Energía cinética
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Un cohete despegando, un automóvil moviéndose, una bala recién disparada o una manzana cayendo tienen energía cinética. Y, naturalmente, ¡también las vagonetas de las montañas rusas!
La energía cinética es la forma de energía asociada a la velocidad de un cuerpo. Según esto, todo cuerpo en movimiento tiene energía cinética, y esta energía puede ser transferida, tal y como se manifiesta cuando se produce algún cambio en el estado de movimiento del sistema que la posee. Al interaccionar con otro cuerpo en reposo, el sistema en movimiento pierde velocidad pudiendo transferir movimiento al otro cuerpo o bien producir transformaciones en él.
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Definición de energía cinética
Puede definirse la energía cinética de un cuerpo como:
donde m es la masa del cuerpo y v la velocidad a la que se mueve.
Puede observarse que la energía cinética depende del valor de la masa y, sobre todo, del cuadrado del valor de su velocidad. Esto tiene importantes consecuencias, y explica, por ejemplo, por qué la gravedad de los accidentes de tráfico aumenta rápidamente con la velocidad.
AV - Pregunta de Selección Múltiple
El efecto de los choques
¿Cuál de los siguientes choques contra una pared producirá peores efectos?
a) Un automóvil de 1000 kg a 72 km/h.
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b) Un camión de 15000 kg a 45 km/h.
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c) Una camioneta de 10000 kg a 60 km/h.
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d) Una moto de 200 kg a 120 km/h.
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Tipos de energía potencial
En general, un cuerpo tiene energía potencial si puede realizar trabajo al cambiar de posición.
A diferencia de la energía cinética, que era de un único tipo, existen distintos tipos de energía potencial:
- Energía potencial gravitatoria, que es la que tiene un cuerpo por encontrarse bajo la influencia de un campo gravitatorio (en nuestro caso el terrestre), siendo la fuerza de la gravedad la que realiza un trabajo sobre el cuerpo.
- Energía potencial elástica, asociada a la fuerza recuperadora de un muelle o dispositivo similar al deformarse.
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Energía potencial eléctrica, que es la que tiene un cuerpo con carga eléctrica por encontrarse bajo la influencia de un campo eléctrico, siendo la fuerza eléctrica del campo la que realiza trabajo sobre el cuerpo cargado.
Las energías potenciales química o nuclear se manifiestan de forma diferente, y no se van a considerar en este momento.
Energía potencial gravitatoria
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Un cuerpo tiene energía potencial gravitatoria por el hecho de estar a una determinada distancia del centro de la Tierra (a una altura concreta sobre su superficie).
Piensa en que para elevar un cuerpo y separarlo del centro de la Tierra hace falta aportar energía y sólo hay que dejarlo caer para ver que esta energía “almacenada” puede transformarse en energía cinética.
Siempre se cumple que cuando un sistema se encuentra aislado del entorno, tiende de forma espontánea a ocupar la posición de mínima energía potencial gravitatoria posible.
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Definición de energía potencial gravitatoria
La energía potencial gravitatoria de un cuerpo en la superficie de la Tierra viene dada por la expresión:
donde m es la masa del cuerpo, g es la aceleración de la gravedad (9,8 m/s2) y h la altura a la que se encuentra el cuerpo con respecto a una altura que se considera cero.