La energia mecanica de un cuerpo es la capacidad que posee de ejecutar un trabajo mecánico, es decir, de causar un movimiento. En este apartado marchamos a aprender:
Energia Mecanica
La rama de la física que estudia y examina el movimiento y reposo de los cuerpos, y su maniobra en el tiempo, bajo la acción de fuerzas se designa energia mecanica. En un cuerpo existen primordialmente dos tipos de energía que logran intervenir en su etapa de reposo o movimiento: la energía cinética y la potencial.
Mencionamos energía mecánica de un cuerpo a la suma de la energía cinética Ec más la potencial Ep.
Em=Ec+Ep
Es revelador marcar que la energía potencial, de modo general, cuenta con diferentes contribuciones. En este tema nos concentraremos en la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica.
Ep=Epg+Epe
Principio de Conservación de la Energía Mecánica
La energía mecánica de un cuerpo se conserva constante cuando todas las fuerzas que proceden sobre él son conservativas.
Es posible que en numerosas momentos hayas escuchado decir que «la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma». En contexto, tal afirmación es uno de los principios más importantes de la Física y se denomina Principio de Conservación de la Energía. Vamos a particularizarlo para el caso de la energía mecánica.
Para juzgar mejor este concepto vamos a instruir con un ejemplo. Supone una pelota colgada del techo que cae. Según el principio de conservación de la energía mecánica, la energía mecánica de la bola es siempre la misma y por tanto durante todo el proceso dicha energía persistirá constante, tan solo cambiarán las aportaciones de los diferentes tipos de energía que conforman la energía mecánica.
Antes de caer, la energía mecánica de la bola está desarrollada exclusivamente por energía potencial gravitatoria. Al caer y lograr una velocidad, la energía potencial gravitatoria se cambia en energía cinética, dejando constante la energía mecánica. Por último, al impactar contra el muelle, lo inicia a comprimir, provocando que la energía mecánica se acomode de energía cinética, energía potencial gravitatoria y energía potencial elástica.
Comprobación del Principio de Conservación de la Energía Mecánica
Para evidenciar el principio de conservación de la energía mecánica inferimos de la siguiente manera:
- El teorema de la energía cinética instaura que la variación de energía cinética ΔEc entre dos puntos (la cual se convierte en una variación de su velocidad) que sufre un cuerpo es igual al compromiso realizado por la fuerza consecuencia que actúa sobre el cuerpo entre los puntos inicial y final. Esto se efectúa tanto si las fuerzas son conservativas o no.
W= ΔEc
- Por otro lado, en el caso de fuerzas conservativas, dicha labor coincide con la variación de energía potencial transformada de signo.
W=- ΔEp
- De lo anterior, y teniendo en cuenta que en ambos casos nos contamos al mismo trabajo, podemos escribir:
ΔEc=-ΔEp+ΔEc+ΔEp=0
ΔEm=0
- Por tanto la energía mecánica no cambia, persiste constante
Principio de Conservación de la Energía con Fuerzas no Conservativas
En el caso general de que en nuestro sistema surjan fuerzas no conservativas, la energía mecánica no se conserva. Existen dos cargas para el trabajo total Wt:
- Fuerzas conservativas Wc
- Fuerzas no conservativas Wnc
Por tanto:
Wt=Wc+Wnc
Si sobre un cuerpo actúan fuerzas conservativas y no conservativas, la variación de energía mecánica concuerda con el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas
Wnc=ΔEm
La fuerza de rozamiento es un modelo de fuerza no conservativa. Siente el caso sencillo en que lanzas una canica deslizándose por el suelo a cierta velocidad. Al cabo de un tiempo, esta terminará por pararse. La energía mecánica de la canica está desarrollada únicamente por su energía cinética. Presumiendo la fricción con el aire despreciable, la fuerza de rozamiento, disiparía, va a ser la comprometida de que nuestra canica vaya, poco a poco, perdiendo su energía mecánica.
Ejercicio de energia mecanica
Arrojamos una bola de 2 kg de peso en línea recta a una velocidad de 4 m/s girando por el suelo. Sabiendo que recorre 20 m antes de inmovilizarse y presumiendo que la fricción con el aire es nula, computa el valor de la fuerza de rozamiento con el suelo.
Procedimiento
Datos
Masa del cuerpo (m)=2kg
Velocidad del cuerpo (v)=4m/s
Desplazamiento (r)=20m
Resolución
ΔEm=ΔEc=Ecf-Eci=-1/2*m*vi2=-1/2*2*4^2=-16J
ΔEm=Wnc=Fnc*Δr= Fnc*Δr*cos(π)
Fnc=(-16)/20=0.8 N