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Energía Mecánica
La energía mecánica:definiciones
 Definición de energía mecánica.
 Energía cinética.
 Energía potencial: tipos de
Epotencial.
 Demostración de la ecuación de la
energía mecánica.
 Conservación de la energía mecánica.
 Disipación de la energía mecánica.
La energía mecánica
La energía mecánica es la parte de la
física que estudia el equilibrio y el
movimiento de los cuerpos sometidos
a la acción de fuerzas.
Hace referencia a las energías cinética y
potencial.
Energía cinética.
Se define como la energía asociada al
movimiento. Ésta energía depende de
la masa y de la velocidad según la
ecuación:
Ec = ½ m . v 2
Con lo cual un cuerpo de masa m que
lleva una velocidad v posee energía.
•
Ejemplos.
Un coche circulando a una velocidad
determinada, una bala que ha sido
disparada; una bola de bolos lanzada
por una persona...
La energía mecánica
Energía potencial.
Se define como la energía determinada
por la posición de los cuerpos. Esta
energía depende de la altura y el peso
del cuerpo según la ecuación:
Ep = m . g . h = P . h
Con lo cual un cuerpo de masa m situado
a una altura h (se da por hecho que se
encuentra en un planeta por lo que
existe aceleración gravitatoria) posee
energía. Debido a que esta energía
depende de la posición del cuerpo con
respecto al centro del planeta se la
llama energía potencial gravitatoria.
Tipos de energía potencial.
Elástica: la que posee un muelle estirado
o comprimido.
Química: la que posee un combustible,
capaz de liberar calor.
Eléctrica: la que posee un condensador
cargado, capaz de encender una
lámpara.
La energía mecánica
Ejemplos.
Un libro reposando sobre una mesa, un
paracaidista cayendo desde un avión, una
piedra lanzada desde la azotea de un
edificio...
En algunas ocasiones un cuerpo puede
tener ambas energías como por
ejemplo la piedra que cae desde un
edificio: tiene energía potencial
porque tiene peso y está a una altura
y al pasar los segundos la irá
perdiendo (disminuye la altura) y
posee energía cinética porque al caer
lleva velocidad, que cada vez irá
aumentando gracias a la aceleración
de la gravedad.
Las energías cinética y potencial se
transforman entre sí, su suma se
denomina energía mecánica y en
determinadas condiciones permanece
constante.
La energía mecánica
DEMOSTRACIÓN DE LA ECUACIÓN
DE LA ENERGÍA MECÁNICA.
Se define energía mecánica como la
suma de sus energías cinética y
potencial de un cuerpo:
Em = ½ m . v 2 + m . g . h
Para demostrar esto hay que conocer la
segunda ley de Newton:
F=m.a
Siendo F la fuerza total que actúa sobre
el cuerpo, m la masa y a la
aceleración.
También se debe saber la cinemática
relacionada con posición en cuerpos
con aceleración y una de sus fórmulas
que lo demuestran
Vf2 = vo2 + 2 . a . Ax
Se parte de un cuerpo que desciende por un
plano inclinado liso. La fuerza que provoca
la aceleración con que desciende es la
componente x del peso Px
Se aplica la ley de Newton:
Fx = m . a
m . g . sen b = m . a
que
conlleva
La energía mecánica
La relación entre las velocidades vf y vo del cuerpo cuando se encuentra a unas alturas
hf y ho es:
Vf 2 = vo2 + 2 . a . Ax que conlleva a = (vf2 – vo2)/ 2 . Ax
Al introducir esto en la segunda ley de Newton:
m . (vf2 – vo2)/ 2 . Ax = m . g . sen b
Como ho – hf = Ax . sen b
m . (vf2 – vo2)/ 2 = m . g . (ho – hf)
y separando los momentos inicial y final:
½ m . v o 2 + m . g . ho = ½ m . v f 2 + m . g . hf
Esto permite afirmar:
La energía mecánica de un cuerpo en un instante del movimiento Eo es igual a la de
cualquier otro Ef. La energía mecánica se mantiene constante.
La energía mecánica
CONSERVACIÓN
MECÁNICA.
DE
LA
Si no hay rozamiento la energía mecánica
siempre se conserva.
Si un cuerpo cae desde una altura se
producirá una conversión de energía
potencial en cinética. La pérdida de
cualquiera de las energías queda
compensada con la ganancia de la
otra, por eso siempre la suma de las
energías potencial y cinética en un
punto será igual a la de otro punto.
Em = cte
DISIPACIÓN
MECÁNICA
ENEGÍA
DE
LA ENERGÍA
Si
existe
rozamiento
en
una
transformación de energía, la energía
mecánica no se conserva. Por
ejemplo, un cuerpo que cae por un
plano inclinado perderá energía
mecánica
en
energía
térmica
provocada por el rozamiento.
Con lo cual en un proceso semejante a
éste la energía cinética inicial
acabará en una energía mecánica
final inferior a la otra más el trabajo
ejercido por la fuerza de rozamiento.
Emo = Emf + Tfr