Energía mecánica
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En mecánica, se denomina energía mecánica a la suma de las energías cinética y potencial (de los diversos tipos). En la energía potencial puede considerarse también la energía potencial elástica, aunque esto suele aplicarse en el estudio de problemas de ingeniería y no de física. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo.
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[editar] Expresión en mecánica newtoniana
La fórmula para calcular la energía mecánica de una partícula es la siguiente:
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Donde el término Ec se llama energía cinética y está asociado al movimiento de las partículas cuanto mayor sea velocidad de la partícula. El término Ep representa la energía potencial es una función V de la posición de la partícula. Para un partícula en un campo gravitatorio se tiene que <math>E_p = V(x,y,z) = m g z \,</math> donde z representa la altura respecto del suelo (u origen convencional para medir la energía potencial gravitatoria).
El nombre "energía cinética" deriva de la raíz griega κινεσισ kinesis 'movimiento' (cuyo genitivo es kinetikós), así que "energía cinética" es sinónimo de "energía de movimiento". Por otro lado el término "energía potencial" se refiere a que es un valor que potencialmente puede llegar a manifestarse en forma de energía cinética, calorífica o de otro tipo y la terminología alude a la teoría aristotélica de la "potencia y el acto".
Para sistemas de partículas la expresión de la energía mecánica es algo más compleja:
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Donde <math>\mathbf{r}_i</math> es el vector de posición de la partícula i-ésima (es decir, la partícula a la que para identificarla la llamamos i) y <math>\mathbf{v}_i</math> es la velocidad de esa misma partícula. El signo de sumatorio <math>\sum_{i=1}^N</math> indica que la expresión es una suma de los valores <math>1 \le i \le N</math>.
[editar] Conservación de la energía mecánica
Para sistemas cerrados formados por partículas que interactúan mediante fuerzas puramente mecánicas o campos conservativos la energía se mantiene constante con el tiempo:
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Es importante notar que la energía mecánica así definida permanece constante si únicamente actúan fuerzas conservativas sobre las partículas. Sin embargo existen ejemplos de sistemas de partículas donde la energía mecánica no se conserva:
- Sistemas de partículas cargadas en movimiento. En ese caso los campos magnéticos no derivan de un potencial y la energía mecánica no se conserva, ya que parte de la energía mecánica "se convierte" en energía del campo electromagnético y viceversa.
- Sistemas con fuerzas disipativas. Las fuerzas disipativas como el rozamiento o fricción entre sólidos, entre un sólido y un fluido no pueden ser tratadas de modo puramente mecánica ya que implican la conversión de energía mecánica en energía calorífica. Puesto que la potencia calorífica está asociada a una diferencial inexacta en general la energía calorífica disipada depende de la trayectoria y del modo en que esta se halla llevado a cabo y no puede derivarse de un potencial. Esto está relacionado con el hecho de que al empujar un objeto alrededor de una mesa y devolverlo al mismo lugar, es necesario realizar un trabajo neto sobre el objeto, pero algo debe haber disipado la energía transferida al objeto. En este caso corresponde a la fricción entre el objeto y la mesa, y es por ello que el roce corresponde a una fuerza disipativa (o no conservativa).
[editar] Otras formas de energía
Sin embargo, a pesar de que la energía mecánica no se conserva para muchos sistemas reales, podemos definir una magnitud llamada energía total que contabilice todas las formas de energía, y que se conserva en cualquier sistema físico cerrado:
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Donde los tres términos representan la energía mecánica, la energía electromagnética y la energía termodinámica asociada al estado termodinámico interno de los cuerpos.
[editar] Tecnologías asociadas a la energía mecánica
Algunas energías asociadas son:
- Energía hidráulica: Se deja caer agua y se aprovecha la energía potencial obtenida. Se utiliza para generar energía eléctrica y para mover molinos de harina.
- Energía eólica: Producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se utiliza para generar energía eléctrica, como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura.
- Energía mareomotriz: Producto del movimiento de las mareas y las olas del mar. Se transforma en energía eléctrica.
[editar] Véase también
da:Mekanisk energi en:Mechanical energy fr:Énergie mécanique ja:力学的エネルギー lt:Mechaninė energija pl:Energia mechaniczna pt:Energia mecânica sk:Mechanická energia sv:Mekanisk energi uk:Механічна енергія zh:机械能
