Principios Básicos de la Mecánica: Fuerza, Trabajo y Tipos de Energía

Fuerza

La fuerza es toda acción capaz de cambiar el estado de reposo, de movimiento o la forma de un cuerpo.

Trabajo de una Fuerza

El trabajo de una fuerza se produce cuando una fuerza constante, aplicada sobre un cuerpo, modifica su estado de reposo o movimiento a lo largo de una distancia.

Unidades de Trabajo

Las unidades de trabajo se derivan de la definición de fuerza y distancia. Es importante recordar que el coseno de un ángulo es una magnitud adimensional, es decir, un número que no posee unidades.

Equivalencias y Potencia

Caballo de Vapor (CV)

El Caballo de Vapor (CV) es una unidad tradicional utilizada para expresar la potencia mecánica. Representa el trabajo mecánico que un motor puede realizar por unidad de tiempo.

Energía

La energía es la capacidad que tiene todo cuerpo para realizar trabajo. Si se realiza trabajo, es porque hay energía involucrada, y este trabajo, a su vez, se transforma en algún tipo de energía.

Clasificación de la Energía

La energía se clasifica y nombra según la forma en que se manifiesta:

• Energía Química: Proviene de reacciones químicas.
• Energía Solar: Suministrada por el Sol.
• Energía Térmica: Suministrada por una fuente de calor.
• Energía Luminosa: Producida por una fuente de luz.
• Energía Cinética: Provocada por el movimiento de un cuerpo.
• Energía Hidráulica: Se aprovecha el movimiento o caída de un líquido.
• Energía Eólica: Provocada por el movimiento del aire.

Energías Mecánicas

Dentro de las diversas formas de energía, en este contexto, nos enfocaremos en la energía mecánica, que se compone principalmente de la energía cinética y la energía potencial.

Energía Cinética

La energía cinética es la energía que posee todo cuerpo que se encuentra en movimiento, es decir, que posee velocidad. Cuando una fuerza modifica la velocidad de un cuerpo, se realiza trabajo, y este trabajo es equivalente a la energía cinética adquirida por dicho cuerpo.

Según el Teorema de las Fuerzas Vivas (o Teorema Trabajo-Energía Cinética), el trabajo total realizado por la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es igual a la variación de la energía cinética de dicha partícula.

Unidades de la Energía Cinética

La energía se mide en las mismas unidades que el trabajo, ya que son magnitudes equivalentes. La unidad del Sistema Internacional (SI) para la energía es el Julio (J).

Consideraciones Importantes sobre la Energía Cinética

• Permite calcular el trabajo realizado sobre un cuerpo incluso cuando no se conocen las fuerzas que actúan ni su trayectoria. Es suficiente con conocer la velocidad inicial y final del cuerpo.
• Un cuerpo con velocidad constante posee una energía cinética constante.

Energía Potencial

La energía potencial se manifiesta, por ejemplo, cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa. En este proceso, se realiza trabajo para vencer la fuerza de la gravedad, que está dirigida hacia abajo. La energía comunicada al cuerpo mediante este trabajo aumenta su energía potencial. Si se realiza trabajo para elevar un objeto a una altura superior, esta energía se almacena como energía potencial gravitatoria.

En términos generales, es la energía que posee todo cuerpo que se encuentra a una determinada altura respecto de un punto de referencia.

El trabajo realizado por la fuerza peso es igual a la variación negativa de la energía potencial gravitatoria.