Energía mecánica

La suma de las energías, cinética y potencial de un objeto en una posición determinada del espacio y en un instante dado, es lo que se define como la energía mecánica del objeto material.

El estudio no estaría completo si no se considera el papel jugado por la energía mecánica cuando intervienen las fuerzas de fricción y la pérdida de energía mecánica producida por éstas.

El trabajo es una magnitud física directamente relacionada con la energía de los cuerpos, tiene su misma dimensión y, por tanto, también se mide en julios (

es un desplazamiento elemental sobre la curva, el trabajo realizado por la fuerza para trasladar la partícula desde la posición

, como consecuencia del trabajo realizado por la fuerza que se aplica hasta alcanzar la citada velocidad.

La expresión del trabajo realizado por la fuerza gravitatoria al desplazarse el cuerpo desde la altura

que tarda el satélite en describir una órbita completa se obtiene de la siguiente expresión:

Se puede observar que cuanto más grande sea la órbita, menor será la velocidad y mayor el período del satélite .

Si el plano tuviera más pendiente, mayor sería en número de bolas en la parte vertical y mayor sería la energía potencial de las bolas sobre el plano inclinado.

donde en la vertical no hay ninguna bola y correspondientemente la energía potencial de la cadena sería cero.

Como la fuerza recuperadora del muelle es conservativa, se puede relacionar este trabajo con la energía potencial disponible para la masa, en función de la distancia

Si un pequeño bloque sujeto a un resorte comprimido se coloca en posición horizontal (para que el efecto de la gravedad no afecte al sistema) y se suelta se puede observar su movimiento oscilatorio al estirarse y comprimirse el muelle de forma alternativa, pasando cada vez por la posición de equilibrio.

Cuando se apela a este principio en su expresión más general, está implícita la equivalencia masa-energía de la Relatividad Especial.

Así la temperatura aparece como una cantidad relacionada con la energía cinética promedio de las partículas del sistema.

La función entropía del sistema sumada a la de los alrededores que interactúan con él, siempre aumenta cuando tiene lugar un proceso irreversible.

Tiene su origen en las fuerzas de fricción entre sólidos, que proporcionan el trabajo mecánico W que da finalmente la pérdida de energía, cuando el cuerpo está en movimiento sobre una superficie poco pulida y se mide su energía mecánica al inicio y al final del recorrido: de forma que

Con ayuda del teorema de la energía cinética, TEC, se puede verificar este razonamiento.

Si se calcula la variación de energía mecánica del bloque al deslizarse sobre una superficie horizontal poco pulida desde una posición 1 con una velocidad

, negativo por ser siempre el sentido del desplazamiento opuesto a la fuerza de rozamiento.

, de ida y vuelta, al desplazarse el cuerpo por una superficie rugosa una distancia

, este trabajo total es negativo y en valor absoluto es dos veces el de ida.

Las permitidas están relacionadas con las leyes de conservación, invariancias o simetrías de las partículas y que están asociadas a específicos números cuánticos, además del número cuántico bariónico o el leptónico mencionados y recogidos por el modelo estándar.

Las leyes que gobiernan la energía útil vienen dadas por la termodinámica e incorporan el concepto de entropía.

En las centrales térmicas se produce el calor por la combustión de un combustible (carbón, petróleo, gas, etc.).

En las centrales nucleares el calor se produce a partir de la energía nuclear.

Suponiendo que el aire no ofrezca resistencia apreciable al movimiento de la masa sujeta al resorte, la fuerza recuperadora del resorte es la única fuerza horizontal (según la dirección del eje

) que actúa sobre el cuerpo y en primera aproximación obedece a la ley de Hooke

y la energía potencial del resorte, cuando se encuentre estirado o comprimido una distancia

que aparece entre un cuerpo sólido y un fluido dentro del cual se desplaza puede expresarse como:

Las oscilaciones van disminuyendo de amplitud, perdiendo su energía hasta que, al final, acaba parándose.

Un péndulo simple demostrando la conservación de la energía mecánica entre la energía potencial gravitacional y la energía cinética
Justificación gráfica de la conservación de la energía mecánica. En el punto más bajo, la energía mecánica de la bola es solo energía cinética, sin embargo, en el punto más alto, toda la energía mecánica pasa a ser energía potencial.
Trabajo de una fuerza.
Péndulo balístico: La energía cinética de la bala se transmite al bloque provocando su movimiento hasta alcanzar una determinada altura donde se para. En esa posición, toda la energía cinética inicial, se transforma en energía potencial. A mayor energía cinética, mayor altura alcanza el bloque
El péndulo cónico puede actuar como un selector de velocidades, a mayor par de fuerzas ejercido sobre el péndulo, mayor velocidad alcanzará, mayor será su energía cinética de rotación y, por tanto, mayor será la altura alcanzada.
En este ejemplo, un satélite está orbitando alrededor de la Tierra atraído únicamente por una fuerza gravitatoria, que es una fuerza conservativa, por lo tanto la energía mecánica se conserva. Al ser un movimiento circular, la energía potencial depende de la altura del satélite y es constante, por lo tanto la energía cinética es también constante. En consecuencia, el módulo de la velocidad del satélite es constante. En la imagen se representa la aceleración con un vector verde, y la velocidad con un vector rojo . Si la órbita que sigue el satélite fuera una elipse, la energía potencial y la energía cinética variarían con el tiempo pero su suma permanecería constante.
Epitafio de Stevin : El número de bolas de la cadena, que 'cuelgan' en la vertical del plano inclinado, proporciona una idea intuitiva de la energía potencial de la parte de la cadena que yace sobre el plano inclinado. A menor altura h, menos bolas tiene la cadena en la parte vertical y menor será, por tanto, la energía potencial de la cadena que yace en el plano vertical y viceversa (cadena en equilibrio).
El sistema mecánico oscilatorio más sencillo: una masa m sujeta a un muelle de constante elástica k. El cuerpo oscila en el eje x.
El área bajo la recta representa el trabajo realizado por la fuerza.
James Prescott Joule
Fricción entre dos superficies sólidas
Un bloque se desplaza horizontalmente sujeto a una fuerza de rozamiento, y como consecuencia esta fuerza realiza un trabajo. Como no es conservativa, el trabajo total que realiza en el viaje de ida y vuelta no es nulo, todo lo contrario a lo que ocurriría si la fuerza fuera conservativa.
Ejemplo del trabajo de una fuerza conservativa, el peso, en el viaje de ida y vuelta. Un ascensor con una persona dentro sube y baja. Se considera el trabajo realizado contra la fuerza del peso (de la persona y el ascensor) al subir, sumado al trabajo debido al citado peso al bajar. Como ambos trabajos son exactamente iguales pero de signo contrario, el trabajo total, será cero.
Ecuación de Bernoulli aplicada a un fluido en una conducción