FÍSICA 10

ENERGÍA: CINÉTICA Y POTENCIAL

La energía se define como la capacidad de producir trabajo, por lo tanto también se mide en Joules. Un Joule de energía puede producir un Joule de trabajo. Existen distintos tipos de energía tales como la eléctrica, nuclear, química, mecánica, etc.

ENERGÍA CINÉTICA (Ec)

Es la energía que tiene un cuerpo debido a su velocidad. Sin embargo, la energía que transfiere el cuerpo no depende solamente de su velocidad. Es bastante obvio que un camión que circula a \(40\ km/h\) produce más daño en una pared que una bicicleta que circule a la misma velocidad. Así, la energía cinética depende de la masa del cuerpo.

Se calcula como:

\(\Huge E_c=\frac{1}{2}mv^2\)

Ejemplo 1: Una fuerza de \(12\, N\) arrastra un objeto de masa de \(3\, kg\), inicialmente en reposo, una distancia de \(5\, m\)

a) ¿Cuál es el trabajo de la fuerza?

\(w=Fx*\cos 0=12*5*1=60\, jul\)  

b) ¿Cuál es la energía cinética del objeto?

Calculamos la velocidad del objeto, teniendo en cuenta las ecuaciones cinemáticas vistas en la unidad 2:

\(v^2=v^2_0+2ax\)

Ahora por la segunda ley de Newton tenemos que \(F=m*a\), despejando \(a\) obtenemos:

\(a=\frac{F}{m}\)

\(v^2=0+2\frac{F}{m}x\)

\(v^2=2\frac{12}{3}5=40\, (m/seg)^2\)

Ahora reemplazamos en la ecuación de energía cinética:

\(E_c=\frac{1}{2}mv^2\)

\(E_c=\frac{1}{2}3*40=60\, jul\)   

Por definición la energía es la capacidad de producir trabajo, y ésto queda comprobado observando el valor de \(w\) y comparándolo con el valor de \(E_c\) encontrado.

ENERGÍA POTENCIAL (Ep)

La energía potencial es aquella que tiene un cuerpo debido a su posición en un determinado momento. Por ejemplo un cuerpo que se encuentra a una cierta altura puede caer y provocar un trabajo o un resorte comprimido o estirado puede mover un cuerpo también produciendo trabajo.

Existen dos clases de energía potencial:

Energía potencial gravitacional Epg (cerca de la tierra)

Es la que tienen los cuerpos debido a la gravedad de la tierra. Se calcula multiplicando el peso por la altura.

Se suele considerar que a una altura cero la Epg es cero, por lo tanto se calcula como:

\(\Huge E_{pg}=mgh\)

Donde:
\(h \Longrightarrow\) Altura
\(m \Longrightarrow\) Masa
\(g \Longrightarrow\) Aceleración de la gravedad \(\left(9.8 m/s^2 \right)\)

Energía potencial elástica (Epe)

Es la energía acumulada en un cuerpo elástico tal como un resorte.

Se calcula como:

\(\Huge E_{pe}=\frac{1}{2}kx^2\)

\(K \Longrightarrow\) Constante del resorte
\(x \Longrightarrow\) Desplazamiento desde la posición normal
\(Epe \Longrightarrow\) Energía potencial elástica