14_FISICA_TRABAJO_ENERGIA_RICUTI

NO ME SALEN
APUNTES TEORICOS DE FÍSICA
ENERGIA Y LEYES DE CONSERVACION
http://ricuti.com.ar/No_me_salen/ENERGIA/AE_energia.html
Energía
Resulta que hace unos 150 años (algo relativamente
nuevo para la Física) apareció la idea o concepto de
energía. La primera en aparecer fue la de energía
cinética, EC (inicialmente energía a secas, y recién
después se la nombra con el agregado de cinética). Y
está asociada a la masa y a la velocidad de un cuerpo.
Al poco tiempo se vio que otras magnitudes, asociadas
en principio a otras características de los cuerpos, se
relacionaban estrechamente con la energía cinética.
Aunque la palabra energía es muy vieja, el primero en sugerir que se llame energía a
lo que hoy conocemos como energía fue William Thompson (Lord Kelvin), en 1850, que
lo hizo -en especial- para las energías térmica y mecánica.
A cada una de ellas -que no por casualidad terminaba midiéndose en las mismas
unidades que la cinética- se las llamó energía, más un segundo nombre descriptivo de
las características particulares con las que se asociaban.
Así tenemos formas de energía:
Energía cinética, EC, fuertemente asociada con la velocidad de un cuerpo.
Energía potencial, EP, asociada con la posición en la que se encuentra el cuerpo.
Energía mecánica, EM, suma de la cinética más la potencial.
Energía química, asociada a los enlaces atómicos de las moléculas del cuerpo.
Energía calórica, calor, Q, asociada al movimiento de las moléculas.
Energía eléctrica, asociada a las cargas eléctricas.
Energía nuclear, asociada a los núcleos de los átomos de un cuerpo.
Energía radiante, en la radiación electromagnética, luz, radio, equis, gamma, etc.
Energía hidráulica, asociada al agua embalsada.
Energía eólica, asociada al viento.
Etcétera, etcétera, etcétera...
Lejos de toda duda, la energía se ha convertido en el concepto
más importante de la Física, y su importancia traspasa los
límites de la ciencia. La sociedad en su conjunto se está
apropiando del concepto y tomando consciencia de su
importancia.
Pero ¿qué es la energía? Para un estudiante de Física, aprehender el concepto (y
llegar a estar conforme consigo mismo respecto de lo que se entiende por energía) es
un proceso que lleva entre uno y dos años (de uso continuado). Ningún estudiante, en
su sano juicio, puede pretender entender qué es la energía de un saque leyendo un par
de definiciones.
El genio Richard Phillips Feynman (1918–1988), premio Nobel de Física
en 1965, escribe en uno de sus libros “Es importante notar que en la
física de hoy día no tenemos conocimiento acerca de lo que es la
energía... Es un algo abstracto en el sentido de que no nos dice el
mecanismo o las razones para las diversas fórmulas”.
La aproximación al concepto de energía más aceptada académicamente
es la siguiente: energía es la capacidad de un cuerpo o
sistema para ejercer fuerzas y realizar trabajos sobre otros cuerpos.
Por mi parte, suelo decir en mis clases: energía, es la parte divertida del
universo.
Dónde está la clave
El asunto es que si tomamos algunas variables de un sistema y las combinamos entre
sí obtenemos una nueva magnitud que llamamos energía... algo que parece muy
arbitrario y que sólo puede complicarnos la vida. Pero si dejamos que el sistema
evolucione, se transforme, cambie, y volvemos a hacer la operación, volvemos a
calcular la energía... ¡sorpresa! La cantidad calculada es la misma. Aunque todo haya
cambiado, la cantidad de energía no cambia. ¡Ahí hay algo! En esa combinación de
variables hay algo, algo que debe ser importante (o al menos útil a los fines del cálculo
y la predicción).
Más claves. Así como te dije que el trabajo es un proceso, la energía -en cambio- es
una característica instantánea. Describe un momento, un estado, de un cuerpo o de un
sistema. Es lo que los físico llaman una función de estado.
Leyes de conservación
Sea lo que sea la energía es perfectamente calculable, caracterizable, su presencia
medible y su comportamiento predictible. Y se ha visto que en innumerables
transformaciones físicas en las que cambian casi todas las variables presentes, ciertas
magnitudes que llamamos energías y que son combinaciones algebraicas de las
variables (masa, velocidad, altura...) y se mantienen constantes. O cuando no se
mantienen constantes, su variación es igual a un trabajo generalmente sencillo de
calcular.
Llevado al extremo, y considerando todas las energías presentes en un sistema se ha
encontrado un hecho sorprendente que da en llamarse: Principio de
Conservación de la Energía
La energía no se crea ni se destruye.
En un proceso cualquiera puede cambiar de forma, de presentación,
pero la energía total permanece constante.
Actividad:
Ver el siguiente video, armar el dispositivo.
https://www.youtube.com/watch?v=zljMGEWYIqI
Responder las siguientes preguntas sobre lo visto y justificar las respuestas:
1) Qué ocurre con la energía cuando la lata se empuja hacia adelante.
2) ¿Porque logra volver hacia atrás? ¿Qué principio se utiliza para explicar este
proceso?
3) ¿Qué tipos de energías entran en juego durante el proceso?¿Qué características
tienen cada una de ellas?
Energía
El término energía tiene diversas acepciones y definiciones relacionadas con la idea de
una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.
En Física, se define como la capacidad para realizar un trabajo. En Tecnología y
Economía, se refiere a un recurso natural, incluyendo a la tecnología asociada para
extraerla, transformarla y luego darle un uso industrial o económico.
Energía cinética o de movimiento
La energía cinética es un concepto fundamental de la Física que aparece tanto en la
mecánica clásica como en la mecánica relativista y la mecánica cuántica. La energía
cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas
de un sistema. Para un cuerpo puntual de masa m que se desplaza a una velocidad v
la energía cinética viene dada por la expresión:
Esta magnitud es extensiva por lo que la energía de un sistema puede expresarse
como la suma de las energías de las partes.
Así, por ejemplo, puesto que los cuerpos están formados por partículas, se puede
conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo.
Energía potencial o de posición
La energía potencial o de posición es aquella que se le puede asociar a un cuerpo o
sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración. La energía
potencial puede definirse solamente cuando existe un:
Campo de fuerzas conservativo
Es decir, un campo que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:
a) El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del
camino recorrido. Por lo tanto, solo depende de la posición final e
inicial.
b) El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es
nulo.
c) Existe una función de la que se puede derivar la fuerza, llamada
energía potencial. La variación de esta función en la posición final
respecto de la inicial es igual a menos el trabajo realizado por la fuerza
entre estas dos posiciones.
d) Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes, es
decir, que cualquiera de ellas implica la otra.
Conservación de energía
La energía mecánica se conserva cuando todas las fuerzas derivan de un potencial fuerzas que se denominan conservativas- o bien las fuerzas no conservativas, no
realizan trabajo.