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Energía

La energía es la capacidad de una fuerza de generar una acción o un trabajo. Toda fuerza que realiza un trabajo sobre un objeto provocará un cambio de energía en él.

En física, nos referimos a la energía como la capacidad de un sistema o un fenómeno para llevar a cabo un trabajo determinado. La palabra energía proviene del griego enérgos que significa “fuerza de acción” o “fuerza de trabajo”. Es un concepto muy empleado en esta ciencia y en otras en general, con diversos sentidos y acepciones.

Esta capacidad de realizar trabajos es clave en el interés de la física en la energía, ya que esta disciplina estudia los sistemas de la naturaleza como acciones y reacciones en las que la materia se interrelaciona y la energía es transferida de un sistema a otro, de una forma a otra.

De hecho, la energía se rige de acuerdo a la Segunda Ley de la Termodinámica, que establece que la cantidad de energía del universo es siempre estable, permanente y no puede ni ser creada ni ser destruida, únicamente ser transformada.

En cambio, en la mecánica relativista, regida por la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein, la energía y la masa tienen una relación más estrecha que define la célebre ecuación E = m*c2, es decir, la energía es igual a masa por la velocidad de la luz al cuadrado. Así, todos los cuerpos, simplemente por estar compuestos de materia, poseen una cantidad de energía dada por la ecuación de Einstein.

Por otro lado, energía (E) y trabajo (W) son equivalentes, por lo que se miden en el mismo tipo de unidades: Joules (J), es decir, Newtons por metro (N/m).

Energía Potencial

La energía potencial se asocia con un cuerpo o sistema físico determinado en virtud de su posición o de su altura, es decir, en base a un campo de fuerzas en el cual está inmerso. Este tipo de energía puede clasificarse en:

Energia potencial gravitatoria: Es la energía que posee un cuerpo masivo al estar inmerso en un campo gravitatorio. Los campos gravitatorios se crean alrededor de objetos con masas muy grandes (como las masas de los planetas y el sol).

Por ejemplo, un vagón de una montaña rusa posee una energía potencial máxima en su posición de máxima altura por estar inmerso en el campo gravitatorio de la Tierra. Una vez que el vagón de deja caer, pierde altura y la energía potencial es transformada en energía cinética.

g es la aceleración de la gravedad medida en metros por segundo al cuadrado. (m/s2)

Ejemplo: ¿Cuál es la energia potencial de u objeto que se encuentra a una altura de 20 metros, si tiene una masa de 10 kilogramos?

Energía potencial electrostática: En materia de electricidad también aplica el concepto de energía potencial, que puede ser convertida en otras formas de energía, como la cinética, térmica o lumínica, dada la enorme versatilidad del electromagnetismo. En este caso la energía resulta del campo de fuerzas eléctricas que producen las partículas cargadas.

Ejemplo: ¿Cuál es la energia potencial de u objeto que se encuentra a una altura de 20 metros, si tiene una masa de 10 kilogramos?

Energía potencial elástica: La energía potencial elástica tiene que ver con la propiedad de la elasticidad de la materia, que es la tendencia a recuperar su forma original luego de haber sido sometida a fuerzas deformantes superiores a su resistencia.

Un claro ejemplo de energía elástica es la que posee un resorte que se estira o contrae por efecto de una fuerza externa y retoma su posición original una vez que esa fuerza deja de aplicarse.

Otro ejemplo es el sistema arco y flecha. En este último, la energía potencial elástica alcanza su máximo valor a medida que el arco se tensa al tirar de la fibra elástica, doblando levemente la madera, pero con velocidad cero todavía. Al instante siguiente la energía potencial deviene en cinética y la flecha es arrojada a toda velocidad hacia el frente.

Energía potencial química: La energía potencial química es la energía almacenada en los enlaces químicos de los átomos y moléculas. Un ejemplo es la glucosa en nuestro cuerpo, que almacena energía potencial química que nuestro cuerpo (por medio de un proceso que se llama metabolismo) transforma en energía calórica para mantener la temperatura corporal.

Lo mismo ocurre con el combustible fósil (hidrocarburos) en el tanque de gasolina de un automóvil. La energía potencial química almacenada en los enlaces químicos de la gasolina se convierte en energía mecánica para echar a andar el vehículo.

Energia cinética

La energía cinética es la energía del movimiento, y se suele designar con los signos K, T o Ec, ya que es sumamente importante para los diversos campos de la física. Un cuerpo que se desplaza a una velocidad determinada poseerá una energía cinética asociada.

La energía cinética es clave en el concepto de temperatura, de hecho la temperatura es la energía cinética de las partículas que componen una de una sustancia u objeto.

La fórmula tradicional de cálculo de la energía cinética de un cuerpo que se mueve a una velocidad (v), es la siguiente: Ec = ½ * m * v2

v2: La velocidad del objeto al cuadrado, medida en metros por segundo (m/s)

Ejemplo: Calcular la energía cinética de una persona de 65kg que camina a una velocidad de 1.2 m/s.

Fuerza

En física, la fuerza es una magnitud vectorial que es capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de un cuerpo o material determinado. No es equivalente a esfuerzo ni a energía.

La fuerza se mide en el Sistema Internacional mediante Newtons (N). Un Newton se define como la cantidad de fuerza necesaria para acelerar un objeto de 1 kg de masa en 1 m/s2.

Trabajo

En la física newtoniana (clásica), se define el trabajo de una fuerza como el producto de la fuerza por la distancia a través de la cual se aplica esa fuerza.

Dicho trabajo equivaldrá a la cantidad de energía que se requiere para desplazarlo aceleradamente.

El trabajo se representa con el símbolo W, es una magnitud escalar (sin dirección) y se expresa en las mismas unidades que la energía J.

Se calcula como el producto de la fuerza aplicada y la distancia recorrida en la dirección de la fuerza (W = F * d).

Actividad. Responde las siguientes preguntas.

Recuerda revisar las respuestas de las preguntas abiertas al final de está página.

1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta sobre la energía cinética?

2. La energía potencial química se encuentra almacenada en:

3. ¿Qué forma de energía se convierte cuando un resorte se comprime y luego vuelve a su forma original?

4. ¿Qué tipo de energía se libera cuando se quema gasolina en un automóvil?

5. Según la Segunda Ley de la Termodinámica, la energía en el universo:

Una vez que des click a este botón, los reactivos se cerraran y no podrás cambiar tu respuesta.

6. ¿Qué es el trabajo en física y cómo se calcula?

7. Explica qué es la energía potencial química

8. Un objeto de 10 kg se encuentra a 5 metros de altura. ¿Cuál es su energía potencial gravitatoria? (g = 9.8 m/s²)

9. Un automóvil de 800 kg se mueve a una velocidad de 20 m/s. ¿Cuál es su energía cinética?

10. Un objeto de 15 kg se mueve a 3 m/s. ¿Cuál es su energía cinética?

¿Sigues teniendo dudas?

Te recomendamos visitar el siguiente material para mayor conocimiento o entendimiento sobre el tema:

Respuestas de las preguntas abiertas:

6. El trabajo en física es la cantidad de energía transferida por una fuerza que actúa sobre un objeto a lo largo de una distancia.

Se calcula como el producto de la fuerza aplicada y la distancia recorrida en la dirección de la fuerza (W = F * d).

7. La energía potencial química es la energía almacenada en los enlaces químicos de las moléculas.

9. 1,600 Joules | Ec = 1/2 * m * v2 | Ec = 1/2 * 800 * (20)(20) | Ec = 1/2 * 800 * 400 = 160,000

10. 67.5 Joules | Ec = 1/2 * m * v2 | Ec = 1/2 * 15 * (3)(3) | Ec = 1/2 * 15 * 9 = 67.5

6. A Cierta Ciencia. (2020b, septiembre 8). 💡¿Qué es la Energía? Tipos de energía💥 [Fácil y Rápido] | FÍSICA | QUÍMICA | [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=0awR9mQBgMk

7. Profesor Particular Puebla. (2016, 7 junio). ✅ENERGÍA CINÉTICA y POTENCIAL| Bien Explicado 😎 💯 | FÍSICA PREPARATORIA [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=bP4Jtamnq54