Fundamentos de la Energía Cinética, Potencial y sus Transformaciones Físicas

Introducción a las Formas de Energía Mecánica

Energía Cinética

En física, la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Por ejemplo: las aspas de un molino movidas por el viento.

• Unidad de medida: Julios (J).
• Símbolo: $E_c$ o $K$.
• Variables: Masa ($m$) en kg y velocidad ($v$) en metros por segundo (m/s).
• Fórmula: $E_c = \frac{1}{2} m \cdot v^2$

Energía Potencial Gravitatoria

En un sistema físico, la energía potencial es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Se suele abreviar con la letra $U$ o $E_p$.

La energía potencial gravitatoria ($E_{PG}$): 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 $E_{PG}$ es cero, por lo tanto, se calcula como:

• Fórmula 1 (Peso por Altura): $E_{PG} = P \cdot H$
• Fórmula 2 (Masa, Gravedad y Altura): $E_{PG} = M \cdot G \cdot H$

Energía Potencial Elástica

[Definición no proporcionada en el documento original.]

Tipos de Energía No Mecánica y Fuentes

Energía Calórica (Térmica)

Se libera en forma de calor. Cuando un cuerpo recibe calor, sus moléculas adquieren energía calórica y alcanzan un mayor movimiento. Se puede obtener del sol, de algún combustible, una reacción nuclear, electricidad o rozamiento. Es renovable y limpia, no produce contaminación.

• Unidades de medida: Joule (J) y Caloría (cal).

Energía Lumínica

Proviene de la luz solar. El día y la noche existen por la proyección de los rayos del sol sobre la Tierra. En el cine también se proyecta la luz. En los espejos la luz impacta y se refleja.

• Símbolo: $Q$ (usualmente para calor o carga, pero se mantiene el símbolo original).
• Unidad: Lumen por segundo (lm·s), que representa la energía luminosa.

Energía Química

[Definición no proporcionada en el documento original.]

Energía Eléctrica

Resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los pone en contacto por medio de un conductor eléctrico.

• Unidad de medida: Voltio (V).

Energía Nuclear

También conocida como energía atómica, es la que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Se obtiene al manipular la estructura interna de los átomos. Se puede obtener por la división del núcleo (fisión nuclear) o la unión de dos átomos (fusión nuclear).

Esta energía se transforma en eléctrica. El combustible que se usa comúnmente es el uranio.

Fuentes de Energía Renovable y Sostenible

Energía Hidroeléctrica

Se genera aprovechando la caída o el movimiento del agua a gran velocidad.

Energía Solar

Se obtiene a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. Es renovable y limpia.

Tipos de Aprovechamiento Solar:

1. Fotovoltaica: Transforma los rayos solares en electricidad mediante el uso de paneles solares.
2. Fototérmica: Aprovecha el calor mediante colectores solares.
3. Termoeléctrica: Transforma el calor en energía eléctrica de forma indirecta.

Cada centímetro cuadrado de la Tierra recibe aproximadamente 1,4 Kcal por minuto, lo que equivale a 58,8 kJ por minuto.

Energía Eólica

Es la obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por el viento. Se usa para producir electricidad mediante aerogeneradores.

• Medición: Se mide en kilovatios hora (kWh) o megavatios hora (MWh) junto con la unidad de tiempo durante la que se ha hecho la medida (hora, día, mes).

Principios Fundamentales de la Mecánica

Principio de Conservación de la Energía

Indica que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En estas transformaciones, la energía total permanece constante, es decir, es la misma antes y después de cada transformación.

Ejemplo (Energía Mecánica):

En la energía mecánica, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce como Principio de Conservación de la Energía Mecánica.

Trabajo en Física

Se dice que una fuerza realiza trabajo ($W$) cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo de manera acelerada.

• Magnitud: Escalar.
• Símbolo: $W$.
• Unidad en el Sistema Internacional: Joule (J).

Péndulo

Es todo cuerpo suspendido que puede oscilar alrededor de un punto fijo, por ejemplo, una hamaca o una lámpara.