Energía Mecánica: La energía mecánica de un cuerpo está basada en la capacidad de desarrollar un trabajo mecánico, o sea, realizar un movimiento.
Definición de Energía Mecánica
Se denomina energía mecánica de un cuerpo a la suma de la energía cinética Ec y potencial Ep que posee:
Em=Ec+Ep
Pertenece a una rama de la física que se encarga del estudio y análisis del movimiento y reposo de un cuerpo, su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas y ese conjunto de acciones recibe el nombre de mecánica.
Dentro de un cuerpo se halla dos tipos de energía que pueden tener cierta influencia en su estado ya sea de movimiento o reposo: la energía cinética y la energía potencial.
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Cabes resaltar que la energía potencial, generalmente dispone de diversas atribuciones. En este sentido vamos a referirnos especialmente a la energía potencial gravitatoria y la potencial elástica.
Ep=Epg+Epe
Principio de Conservación de la Energía Mecánica
“Cuando todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo son conservativas, la energía mecánica se mantiene constante”.
En muchas ocasiones oímos la frase, “la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma”. A decir verdad, este dicho en uno de los principios más relevantes de la Física y se le atribuye el nombre de Principio de Conservación de la Energía.
Por lo tanto, vamos a particularizarlo para referirnos a la energía mecánica.
Para una mejor comprensión
Para una mejor comprensión de este concepto, vamos a basarnos en un ejemplo. Vamos a imaginarnos en una pelota que se encuentra colgada del techo y cae sobre un muelle.
En base al principio de conservación de la energía mecánica, la energía mecánica de la pelota siempre es la misma, por ende, durante todo el proceso dicha energía será constante, solamente van a cambiar las aportaciones de los tipos de energía que componen la energía mecánica.
Antes de que la pelota caiga, su energía mecánica estará únicamente conformada por energía potencial gravitatoria.
Al caer y adoptar una velocidad, la energía potencial gravitatoria se transforma en energía cinética, dejando que la energía mecánica sea constante.
Por último, tras haber impactado en contra del muelle, este lo va comprimiendo, lo que provoca que la energía mecánica esté compuesta por energía cinética, potencial gravitatoria y potencial elástica.
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Comprobación del Principio de Conservación
Teorema de la energía cinética
- Constituye que la variación de la energía cinética ( ) entre dos puntos (el cual se interpreta como una variación de su velocidad) que afecta a un grupo es igual a la fuerza del trabajo hecho por la fuerza resultante que acciona por encima del cuerpo entre el punto inicial y el punto final. Esto se cumple si la fuerza es conservativa o no.
W=ΔEc
- Por otra parte, con relación a la fuerza conservativa, el citado trabajo coincide con la variación de energía potencial pero con cambio de signo.
W=−ΔEp
- Con relación al punto anterior, teniendo presente que en las dos situaciones hicimos alusión al mismo trabajo, podemos plasmar:
ΔEc=−ΔEp⇒ΔEc+ΔEp=0 ⇒Δ(Ec+Ep)=0 ;
ΔEm=0
- Por ende, la energía mecánica no se transforma, sino que permanece constante.
Principio de Conservación de la Energía con Fuerzas no Conservativas
En el eventual caso que en nuestro sistema aparezcan fuerzas no conservativas, la energía mecánica no tiende a conservarse. Para ello hay dos contribuciones para el trabajo total Wt:
- Trabajo de fuerzas conservativas Wc
- Trabajo de fuerzas no conservativas Wnc
Por lo tanto:
Wt=Wc+Wnc
“Si por encima de un cuerpo accionan fuerzas tanto conservativas como no conservativas, la variación de energía mecánica coincide con el trabajo hecho por las fuerzas no conservativas”.
Wnc=ΔEm
Aquella fuerza que más se destaca dentro de la no conservativa o disipativa es la de razonamiento. Imaginemos este caso, cuando lanzamos una canica, esta se desplaza por el suelo a cierta velocidad, pero con el paso del tiempo, terminará quedándose en un sitio.
Esto significa que la energía mecánica de la canica, únicamente está conformada por su energía cinética. Em=Ec+Ep
Los factores que influyen para que la canica vaya perdiendo su energía mecánica pueden ser, la fricción con el aire despreciable o la fuerza de razonamiento, coincidiendo en esta ocasión con la cinética.
Comprobación del Principio de Conservación de la Energía en Presencia de Fuerzas No Conservativas
Para realizar la comprobación de conservación de la energía mecánica debemos de razonar de la siguiente forma:
- Wt= Wnc + Wc
- En base al Teorema de la Energía Cinética, Wt=ΔEc
- Por otra parte, las fuerzas conservativas cumplen que Wc=−ΔEp
Choques elásticos e Inelásticos
En el campo de la Física el estudio de los choques tiene un interés aún mayor en distintas áreas, por ejemplo, el de la seguridad en carreras de fórmula 1 o la seguridad automovilística.
De acuerdo al principio de conservación, el momento lineal () del sistema es constante antes y después del impacto. Comprende dos tipos de choques:
- Elásticos: Los objetos o cuerpos no sufren deformaciones. Todas las fuerzas son conservativas, por ende, la energía mecánica del conjunto se mantiene.
Suponemos que se da un choque entre dos bolas de masa m1 y m2 que se desplazan antes de que produzca el choque a (v→1) y (v→2) respectivamente, y tras el impacto v→1 y v→’2 respectivamente, queda claro que se deben cumplir simultáneamente las siguientes expresiones:
Inelásticos: Los objetos o cuerpos si sufren deformaciones. El principio de conservación del momento lineal se mantiene en vigencia. No obstante, las fuerzas no conservativas intervienen provocando que la energía mecánica se disipe. Por ende, la energía cinética del sistema se dispersa.
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