Fundamentos de la Física: Trabajo, Energía, Potencia y Leyes de la Conservación

Trabajo y Energía: Conceptos Fundamentales

La energía es la capacidad que posee un cuerpo u objeto de poder realizar un trabajo. El trabajo es energía que se transfiere.

Para que una fuerza realice trabajo es necesario un desplazamiento, ya que solo el hecho de que exista una fuerza no significa que se esté realizando un trabajo.

Definición de Trabajo

El trabajo se realiza bajo dos condiciones principales:

• Cuando se hace trabajo contra otra fuerza (e.g., fricción o gravedad).
• Cuando se realiza trabajo para cambiar la rapidez (velocidad) de un cuerpo.

Definición de Energía

La energía se caracteriza por:

• Transferencia.
• Transformación.

Potencia

La potencia es cuán rápido se realiza un trabajo. Mide la tasa de transferencia de energía. La ventaja principal de la potencia es la aceleración con la que se produce el trabajo.

Energía Mecánica

Lo que interesa a la mecánica son las transformaciones asociadas a la posición y/o a la velocidad. La mecánica se divide en tres áreas principales:

• Cinemática: Describe el movimiento.
• Estática: Estudia el equilibrio.
• Dinámica: Explica el movimiento.

Tipos de Energía

Energía Potencial (E.P.)

Se encuentra en los cuerpos en reposo situados a cierta altura o en los cuerpos elásticos. Un objeto puede almacenar energía en virtud de su posición. Es energía que se almacena a la espera de ser utilizada.

Energía Potencial Gravitatoria

Es aquella que se encuentra en una posición elevada. Para llegar a esa posición se requirió hacer trabajo en contra de la gravedad terrestre.

Energía Potencial Elástica

Es aquella que tienen los cuerpos elásticos y que les permite realizar un trabajo mecánico.

Energía Cinética (E.C.)

Cuando pones un objeto en movimiento, este objeto, en virtud de su movimiento, puede realizar un trabajo. Ese cuerpo en movimiento posee energía cinética.

• Depende de su masa y de su velocidad.
• No depende de la trayectoria que adquiere el móvil.

Conservación de la Energía

La energía se transforma en alguna otra forma de energía sin pérdida neta de energía.

Ley de la Conservación de la Energía

La energía ni se crea ni se destruye, solo se puede transformar de una forma a otra. Pero la cantidad total de energía no cambia jamás.

Máquinas Simples

Son dispositivos que sirven para multiplicar o cambiar el sentido de las fuerzas. Sin embargo, las máquinas no pueden crear más energía de la que reciben; solo pueden transferir o transformar energía.

Ejemplo: La palanca puede multiplicar fuerzas, pero no el trabajo.

Ventaja Mecánica y Eficiencia

Ventaja Mecánica

Concepto aplicable a sistemas o máquinas ideales.

Eficiencia

Concepto aplicable a sistemas reales. Se calcula mediante la siguiente relación:

$$\text{Eficiencia} = \left( \frac{\text{Trabajo útil de salida}}{\text{Trabajo total de entrada}} \right) \times 100$$