1 Bachillerato: La energía Mecánica I

Energía, trabajo, energía mecánica

¢Se llama energía a la capacidad para realizar un trabajo o una actividad. Sabemos que existen muchos tipos de energía: Mecánica(cinética y potencial, elástica), eléctrica, nuclear, química…
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¢La energía se mide en J

¢Se llama trabajo al producto de una fuerza por el desplazamiento que esta provoca: T=F·Dx·cosj , siendo j el ángulo que forman la fuerza y el desplazamiento

¢Se llama potencia a la energía producida, consumida o transferida por unidad de tiempo:               P=E/t

Por ejemplo, si elevamos verticalmente una mancuerna de 20 kg a una altura de 2m en un tiempo de 2s. Queremos saber el trabajo efectuado y la potencia. Lo primero, el desplazamiento y la fuerza (peso) son verticales y por tanto paralelos: El cos del ángulo que forman es 1: T=F·Dx·cosj =  mgH·cos0=mgH=20·9,8·2=392 J. La potencia será la energía , en este caso, el trabajo efectuado dividida por el tiempo empleado: P= E/t = 392 J / 2s = 196 w

Se llama energía mecánica a la que esta relacionada con las fuerzas y movimientos. Se scompone a su vez de

¢Energía cinética: Se debe a la velocidad V de un cuerpo de masa m en movimiento: Ec=mv2/2

¢Energía potencial: Se debe a la posición de un cuerpo en un campo de fuerzas: si un cuerpo de masa m se sitúa a una altura H Sobre la superficie terrestre 

Ep=m·g·h

¢Energía elástica: Es la que tiene los cuerpos que comprimen o estiran un resorte: si el resorte tiene una constante recuperadora K, y se alarga o acorta una longitud x respecto a su posición de equilibrio, la energía elástica que tiene es

Ee=1/2· kx2

Así, supongamos un cuerpo de 90 kg (un ciclista), pedaleando a 36 km/h (10 m/s): Su energía cinética viene a ser :

Ec=mv2/2=90·10^2/2=4500 j

Se puede calcular la altura a la que tiene que estar el ciclista para alcanzar esta misma energía: Si E=mgh=90·9,8·h

H=E/mg=4500/(90·9,8)=5,1 m

Esto quiere decir que cuando ese ciclista se deje caer por una rampa de rozamiento despreciable y 5 m de desnivel, llegará abajo a 36 km/h. Si empieza a subir una rampa con poco rozamiento sin  pedalear e iba a 36 km/h, sube hasta 5 m

si tenemos un resorte de k=15000 n·m y lo alargamos 40 cm, la energía elástica será: E=0.5·15000·0,4^2=1200J

ahora, trata resolver estos ejercicios:

¢Un obrero eleva un peso de 100 kg una altura de 30m con un polipasto en 2 min ¿Cuál es el trabajo que realiza? ¿Qué potencia desarrolla?

¢Si este mismo obrero transporta ese peso en su espalda una longitud horizontal de 1km ¿Qué trabajo realiza?

¢Un coche de 1500 kg viaja a 126km/h ¿Cuál es su energía cinética? ¿Qué potencia ha desarrollado coche si ha acelerado en horizontal durante 12 s para adquirirla? ¿Qué longitud podría estirar el coche un muelle de 100000N/m si lo arrastrara con el motor parado? ¿Qué altura tendría que elevarse el coche para tener la misma energía cinética?

¢Supón que el coche se detiene en 30m. Qué fuerza soportará en esa detención una persona de 75kg? Compárala con su peso? Y si se choca el coche (Se aplasta 1m)