Resumen de Física
Introducción a la Energía Cinética y
potencial (gravitatoria)
Concepto de energía
La energía es una de las bases de toda la física, sin embargo, es muy difícil, por no decir imposible,
definirla. Tal es así que no existe una definición precisa de energía. Esta es un concepto
inmensurable (no se puede medir), sin embargo, se puede calcular y nombrar una serie de
características claras importantes para referirse a ella. En este caso se analizan los 2 grandes
grupos de Energía Cinética (única) y Energías Potenciales.
-La energía es una magnitud escalar (cuenta solo con valor)
No lleva flechita arriba su expresión ni
ninguno de los valores que la componen en
cualquier fórmula (incluso si sean escalares)
-Es inmensurable (no se puede medir) pero es calculable. Es decir, no se puede comparar de forma
directa con un sistema (medir) pero, se puede obtener su valor a través de comparación de
mediciones.
-Esta nunca desaparece, siempre se conserva en el universo. Esto hace que la energía actual sea
exactamente la misma que la que existió siempre. De tal forma, cuando se refiere a la energía, no
se puede utilizar los términos desaparecer, esfumarse, gastarse, etc. La energía se transfiere, a
través de cambios en su forma (cinética, calor, química, eléctrica, etc), pero nunca desaparece.
𝑘𝑔∙𝑚2
Se puede medir de diferentes formas, la utilizada en este caso es Joules (
𝑠2
). La cual expresa la
relación de fuerza con distancia recorrida al poder simplificarse en 𝑁 ∙ 𝑚 = 𝐽, lo que significa que
los Joule son la medición del trabajo (forma en la que se puede calcular la energía a través de la
fuerza, por ahora no importante) de un cuerpo que se le ven ejercidos 1 Newton por 1 metro de
duración.
Energía Cinética
La energía cinética es la que obtiene un cuerpo al estar en movimiento. Se expresa de esta forma:
1
𝐸𝑐 = 𝑚 ∙ 𝓋 2
2
Siendo m=masa
𝓋 =Velocidad
Con esto se puede ver que al aumentar la velocidad o la masa (la cual expresa la medida de inercia
del cuerpo, es decir cuanta fuerza es necesaria para generar una determinada aceleración,
la energía aumenta.
𝐹̅
𝑎̅
= 𝑚)
Energía Potencial
La energía potencial por otro lado, es la que está guardada en el sistema y que puede,
potencialmente, convertirse en energía (como energía cinética). Esto quiere decir que es el tipo
de energía que representa la capacidad que tiene el cuerpo, por características de su entorno (el
sistema), de transformarse en otro tipo de energía (en los casos que se analizan aquí se refiere a
generar energía cinética, es decir, movimiento).
Al tratarse de una capacidad de almacenar, puede contar con muchas formas. En este caso se
utilizara únicamente la Energía Potencial Gravitatoria (propia de la influencia de la fuerza
gravitatoria, relacionada con la distancia para la atracción entre cuerpos). Su fórmula es la
siguiente:
Siendo m=masa,
𝐸𝑝ℊ = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ
g=aceleración
𝑚
gravitatoria=9,8𝑠2 ,
h=altura
Ejemplo:
2
Se tiene una pelotita sobre el suelo de 10kg y una pelotita idéntica a 5m de altura, ambas quietas.
La primera pelotita tiene una energía cinética igual a 0 debido a que no se encuentra en
movimiento. A su vez, tampoco cuenta con energía potencial gravitatoria debido a que su sistema
(contorno) indica que la pelota está a 0m de altura y, por lo tanto, no tiene acumulada energía
potencial.
Repaso: Demostrar y calcular la Energía Potencial Gravitatoria y cinética de la pelota 2.
1
Resolución:
No cuenta con energía cinemática por no encontrarse en movimiento. Ec=0
Cuenta con energía potencial gravitatoria porque se encuentra como un potencial objeto que
puede sufrir una aceleración gravitatoria. Es decir, el sistema (contexto en relación al objeto) tiene
cómo característica que potencialmente puede generar un movimiento. De esta forma su
Epg=147J.
Energía Mecánica y conservación de energía
La suma de las dos energías mencionadas anteriormente es conocida como la energía mecánica,
es decir, el conjunto de energías que integran un sistema mecánico (en el cual estudia el
movimiento de los cuerpos). Se define como:
𝐸𝑀 = 𝐸𝑝𝑔 + 𝐸𝑐
Cuando vemos cuerpos en movimiento en la vida cotidiana, estos suelen detenerse “solos” en
algún momento. Por ejemplo, si se suelta una pelota sobre una tabla de madera inclinada que
5m
termina en el piso, está va a rodar por la tabla y luego de rodar cierto tiempo por el piso va a
detenerse.
Debido a lo que se sabe (del año pasado) sobre cinemática, se puede justificar diciendo que cuenta
con una fuerza de rozamiento que frena de a poco el objeto. Esto en un análisis energético se
traduciría en una pérdida de energía, haciendo que la EM del principio sea diferente a la final
(porque se va perdiendo, en este caso con transferencia de calor al piso y aire). Entonces se puede
expresar que:
𝐸𝑚 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ≠ 𝐸𝑚 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 → Δ𝐸𝑚 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑢𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜
Δ𝐸𝑚 ≠ 0
De otra forma, si imaginamos que se anula por completo todo rozamiento, entonces la pelota
nunca se detendría por inercia (no hay nada que la detenga). Esto hace que a su vez, la energía sea
constante y el sistema se convierta en un sistema cerrado, un sistema que no tiene perdida de
energía (no traspasa la energía a otros cuerpos). Es decir:
𝐸𝑚 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝐸𝑚 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 → Δ𝐸𝑚 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑢𝑛 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 = 0
𝐸𝑚 = 𝐸𝑝𝑔 + 𝐸𝑐 = 𝑐𝑡𝑒 → 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
Esto no quiere decir que la fuerza potencial y cinética sean constantes, sino que su suma (Em) es
constante.
Este ejemplo permite observar cómo si se anulan las fuerzas no conservativas, el sistema es
cerrado y la energía constante. Las fuerzas no conservativas son las que no se conservan dentro
del sistema. En este caso por lo tanto, si volvemos a las definiciones de energía potencial y
cinemática, podemos afirmar que las fuerzas potenciales son fuerzas conservativas (porque se
conservan durante el proceso) y la energía cinemática del cuerpo es propia del movimiento de
casa sistema analizado. Así que, en lo que hay que fijarse es en las fuerzas que alteran el
movimiento y hacen que este se modifique para saber si se cuenta o no con un sistema cerrado.
En los ejercicios de la prueba siempre se van a usar sistemas cerrados (porque sino, no hay forma
de realizar los cálculos con estos conocimientos), pero se tiene que demostrar siempre que se
analiza energéticamente un sistema que este es cerrado.
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