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LA ENERGÍA
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Todas las actividades que suceden en la vida se originan por la energía. El
hecho de respirar, caminar, cazar, jugar, mover, alimentar, etc., implica la
presencia de energía. La energía puede definirse como una propiedad o
capacidad que tiene la materia (sustancias y objetos) para producir cambios,
que se manifiesta por medio de diversas transformaciones, movimientos,
trabajos o acciones. El sol es la principal fuente de energía y de donde se
originan los diversos tipos de energía.
Los diferentes tipos de energía no actúan ni se usan de igual manera, a veces
es necesario transformar de una forma de energía a otra para poderla aplicar.
Es en este intercambio de energía donde se pierde, en mayor o menor medida,
una parte que se transforma en calor. El calor es una forma de energía
especial y es, justamente, esta energía térmica junto con la química la que
producen la contaminación en nuestro planeta. Esto se debe a que la energía no
se destruye pero sí se degrada.
Existen
varios tipos o formas de energía. Así:
1.
Energía mecánica, es la que puede producir
movimiento en la materia. Es el resultado de la unión de las energías
cinética y potencial.
a.
La energía cinética es la que posee todo cuerpo
que tenga movimiento y depende de su velocidad.
b.
La energía potencial es la que está relacionada a
la posición o estado de las cosas. Es, también la energía que se almacena
dentro de un campo de fuerza.
2.
Energía térmica. Conocida también como termodinámica. Esta
energía se refiere a la acción que la temperatura provoca sobre los cuerpos,
logrando transformaciones en diferentes propiedades, como la
densidad, la dilatación, el calor, el volumen, etc. Un ejemplo sencillo
es el resultado del agua hirviendo o el agua en un congelador.
3.
Energía química. Es producto de la transformación que una o más
sustancias puedan provocar. Las sustancias que provocan el cambio se llaman
reactivos y el resultado es el producto de la reacción. Un ejemplo claro es
la oxidación (óxido de hierro) que es el producto de la reacción del oxígeno
sobre el hierro. Cuando un organismo se alimenta, medica o respira también
logra energía química.
4.
Energía eléctrica. Es la que proviene del
movimiento de cargas eléctricas y su interacción.
5.
Energía radiante. Es la que se origina a través
de ondas electromagnéticas. Es aquí donde está la luz y todas sus gamas:
rayos gamma, rayos X, luz ultravioleta (UV), luz visible, rayos infrarrojos
(IR), microondas y ondas de radio. Este tipo de energía no necesita de un
soporte para ser transmitida, sino que simplemente se propaga.
6.
Energía solar. La luz solar se convierte en energía útil
cuando: hace posible la fotosíntesis, cuando mueve cierta maquinaria porque
calienta las masas de aire (produce energía eólica) y porque actúa sobre las
aguas (produce energía hidráulica). La energía solar ha intervenido por miles
de años sobre los restos animales y vegetales produciendo la energía fósil.
7.
Energía nuclear. Es el tipo de energía que en la actualidad
origina mucha polémica por todas las graves consecuencias que puede originar
del elemento uranio que se utiliza para su producción. Las centrales
nucleares o atómicas creadas para originar este tipo de energía, son muy
controladas por la acumulación de calor que contienen sus reactores y la
radiación y residuos tóxicos que de ellos emana.
8.
Energía fósil. Es el resultado que provoca la energía solar
sobre los concentrados de carbono de origen animal y vegetal. Los yacimientos
de carbón, petróleo y gas natural son las fuentes de este tipo de energía. Al
quemarse el carbono desprende dióxido de carbono que es el principal
contaminante ambiental.
La
unidad general de medida de la energía es el julio o Joule; sin
embargo, cuando se trata de nutrición se aplica el término calorías y si se
refiere a electricidad se aplica el kilovatio. 1 J = Nm
A la
energía se la puede aprovechar por medio de la transformación de la materia,
ya sea por combustión, por fisión, etc., esto varía según la fuente de la que
provenga.
ENERGIA MECÁNICA
Es la
energía que se debe a la posición o al movimiento de un objeto. Cuando el
agua de una represa se desprende, la energía potencial se convierte en
energía cinética y la suma de ambas conforma la energía mecánica.
Energía Potencial Gravitacional
La
energía potencial debida a que un objeto se encuentra en una posición elevada
se llama energía potencial gravitacional. El agua de un tanque elevado tiene
energía potencial gravitacional. La cantidad de energía potencial
gravitacional que posee un objeto elevado es igual al trabajo realizado
contra la gravedad para llevarlo a esa posición.
El
trabajo realizado es igual a la fuerza necesaria para moverlo hacia arriba
por la distancia vertical que recorre. La fuerza necesaria (si el objeto se
mueve con velocidad constante) es igual al peso del objeto m.g, de modo que
el trabajo realizado al levantar un objeto hasta una altura h está dado por
el producto
m= masa
del cuerpo [=] Kg
h
= distancia recorrida hacia arriba desde cierto nivel de referencia, como la
Tierra o el piso de un edificio. h [=]m
g = gravedad [=]m/s2
EP [=] Joule = J
EJERCICIOS:
1. Calcular la energía potencial
gravitacional de una piedra de 2.5 kg si se eleva a 2m.
2. ¿A qué altura se debe encontrar
una silla de 5 kg para que tenga una energía potencial de 90 J?
3. Calcular la altura a la que
debe estar una persona de 60 kg para que su EPG sea de 5000J?
4. Una viga de 980 N se eleva a
una altura de 20 m ¿Qué trabajo se realiza para elevar la viga? ¿Cuál es su
EPG?
5. Calcular en Joules la EC que
lleva una bala de 8 g, si su velocidad es de 400 m/s.
6. Calcule la masa de un cuerpo
cuya velocidad es de 10 m/s y su EC es de 1000 J.
7. Una esfera de 40 Kg es
impulsada lateralmente hasta 1.6 m por encima de su posición más baja.
Despreciando la fricción, ¿cuál es su velocidad en el punto más bajo?
8. Una canica resbala por un
alambre,¿de qué magnitud debe ser la altura h1 si la canica, partiendo del
reposo en el punto A, llega a una velocidad de 200 cm/s en el punto B?
despreciar la fricción
TRABAJO
El trabajo realizado por una fuerza es el producto entre la fuerza y
el desplazamiento realizado en la dirección de ésta. Como fuerza y
desplazamiento son vectores y el trabajo un escalar (no tiene dirección
ni sentido) definimos el diferencial de trabajo como el producto
escalar dW=F.dr . El trabajo total realizado por una
fuerza que puede variar punto a punto al lo largo de la trayectoria que
recorre será entonces la integral de linea de la
fuerza F a lo largo de la trayectoria que une la posición
inicial y final de la partícula sobre la que actua la fuerza.
Trabajo
Para
llevar a cabo el trabajo sobre un objeto, debe haber una fuerza ejercida
sobre el objeto y éste debe moverse en la dirección de la fuerza
Para el
caso especial de una fuerza constante, el trabajo se puede calcular
multiplicando la distancia por el componente de la fuerza que actúa en la
dirección del movimiento.
EJERCICIOS:
1.Un joven ejerce una fuerza horizontal constante
de 200 N sobre un objeto que avanza 4 m. El trabajo realizado por el joven es
de 400 J. Calcular el ángulo que forman la fuerza con el desplazamiento
es:
2.Un balde de 15 kg es levantado 4 m, aplicándole
una fuerza vertical F cuyo módulo constante es 18 kgf.
Determinar:
a- El trabajo que realiza la fuerza F.
b- El trabajo que realiza la fuerza peso 3.Calcula el trabajo que es necesario realizar para elevar un objeto de 10 kg. hasta una altura de 2 m, en los siguientes casos:
a) El objeto se eleva tirando de él verticalmente.
b) El objeto alcanza dicha altura subiendo por un plano inclinado 37º
respecto de la horizontal, en el que no hay rozamiento.
4.Un estudiante empuja un bloque de masa 2 kg una distancia de 5 m
sobre un plano horizontal, sin rozamiento, con una aceleración de 3m/s2
¿Cuál es el trabajo del estudiante?
5.Calcula el trabajo que realiza cada una de las fuerzas que actúan
sobre un objeto de 5 kg. cuando éste desciende 2 m. por un plano inclinado
30º respecto de la horizontal, si no existe rozamiento.
6.Un niño arrastra un coche de
juguete con una fuerza de 10N que forma un ángulo de 20° con la horizontal.Si
el coche avanza 6m ¿Cuánto trabajo ha realizado hecho el niño?
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Luego;
Sustituyendo v = a.t en la expresión
anterior se obtiene 
.
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