Imagen tomada de: http://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS09rDOFGdhctbEPSAfPksTJRMD3gzYToGPUV3a8Uw6EseVi9XwMPXkkuWo
El término “energía” es pronunciado actualmente por políticos, economistas, físicos, químicos, biólogos, educadores y toda persona que de una u otra manera se vea afectada por el planteamiento de enfrentar la crisis energética. Cuando clasificamos las fuentes de energía en renovables y no renovables, nos encontramos frente a la situación más polémica que ha enfrentado la humanidad: qué tipo de recurso energético utilizar para alimentar la sed de consumo energético que cada día nos abruma más?
Este tema de tanta profundidad, da pie para un debate de mucha calidad, en donde sus opiniones son de mucha importancia.
Lo que analizaremos aquí serán los términos y fórmulas básicas .
ENERGÍA CINÉTICA
La Energía cinética es la capacidad que tienen los cuerpos de realizar un trabajo, en virtud de su movimiento.
Calculemos el trabajo que una fuerza F (suma de todas las fuerza aplicadas a un cuerpo de masa m), realiza durante un desplazamiento d, en función de la velocidad del cuerpo.
Cuando la fuerza F es constante (movimiento rectilíneo) se tiene
F = ma
Multipliquemos ambos miembros de la ecuación por el desplazamiento d
F d = m a d (1)
Como la aceleración es constante, el movimiento es uniformemente acelerado y por tanto podemos asegurar que
v2 = v2o + 2ad
y si despejo a d = (v2 + v2o) / 2
Si sustituimos en (1) tenemos:
F d = m [(v2 + v2o) / 2 ]
Pero F d es el trabajo realizado por la fuerza F, por tanto
W = (m v2/2) - (m v2/2) ó
W = ½ mv2 _ ½ mv2o
Se aprecia que si llamamos energía cinética a Ec = ½ mv2
W = Ec – Eco
De tal manera que el trabajo de las fuerzas que actúan sobre una partícula durante cierto tiempo, es igual a la variación de la energía cinética de esta partícula durante este tiempo o sea la energía cinética final Ec menos la energía cinética inicial Eco . Esto es lo que se denomina el teorema que relaciona el trabajo y la energía.
Algunas observaciones:
· No debe haber variación de otro tipo de energía
· Toda partícula con velocidad puede realizar trabajo, pero únicamente lo realiza cuando pierde parte de esta energía cinética. La energía cinética perdida es igual al trabajo realizado
· La importancia que reviste este teorema es evidente, ya que nos permite la resolución de problemas de dinámica sin necesidad de tener que recurrir a las fuerzas, aceleraciones, desplazamientos o trayectorias.
La energía cinética es un concepto relativo. Depende del sistema de referencia respecto al cual se mide la velocidad. Una persona dentro de un ascensor, en movimiento no tiene energía cinética respecto al ascensor, pero sí la tiene en relación con el edificio que lo rodea.
Es pertinente plantear ahora las diferencias entre la Energía cinética y la cantidad de movimiento:
· Mientras que la energía cinética está en función del cuadrado de la velocidad, la cantidad de movimiento, está en función de la velocidad
Como la masa es positiva y el cuadrado de la velocidad siempre es positivo, la energía cinética siempre será positiva, en cambio, la cantidad de movimiento puede ser positivo o negativo, pues depende de la dirección de la velocidad en un sistema de referencia.· La energía cinética es una magnitud escalar, independiente de la dirección de la velocidad, la cantidad de movimiento es una magnitud vectorial que depende de la dirección de la velocidad.
ENERGÍA POTENCIAL
Diremos que la energía potencial es la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo, por efecto de su posición o configuración.
1. Energía potencial gravitacional : Si calculamos el trabajo del peso de un objeto cuando se desplaza de una altura inicial ho hasta una altura final h, siguiendo un camino vertical de magnitud d, diremos que
W = m g (ho – h)
W = m g ho - m g h
W = Epo - Ep
Nótese que el trabajo realizado por el peso es igual a la diferencia de los valores de una cierta cantidad Ep = m g h que llamaremos energía potencial.
2. Energía potencial elástica: Cuando estiramos un resorte, debido a las interacciones moleculares, aparece una fuerza recuperadora, que según la ley de Hoke es F = - kx
El trabajo de esta fuerza cuando el extremo del resorte situado a xo de su posición de equilibrio se desplaza hasta x es:
W = ½ kx2o - ½ kx2
Nótese que el trabajo realizado por la fuerza es igual a la diferencia de los valores de cierta cantidad Ep = ½ kx2 que llamaremos energía potencial elástica del resorte
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
Apliquemos fuerzas conservativas a un cuerpo y denominemos W al trabajo que realizan las fuerzas conservativas, a lo largo detoda la trayectoria del cuerpo.
Según el teorema que relaciona el trabajo y la energía W = Ec – Ec
Por tanto se deduce Epo - Ep = Ec – Eco
Que es lo mismo que Eco + Epo = Ec + Ep
Es decir, si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo son conservativas, la energía mecánica total inicial (energía cinética, mas energía potencial) es igual a la energía mecánica total final. Esta relación representa el teorema de la conservación de la energía mecánica.
En otras palabras, este es el principio de fundamental de la conservación de energía: la energía total es constante.
1. Cuáles son las unidades de energía en el sistema C.G.S. y Técnico?. Defina cada unidad y presente un resumen de sus diversas equivalencias.
2. Enuncie y demuestre matemáticamente el principio de conservación de energía
3. Podemos clasificar las fuentes de energía en renovables y no renovables. Renovables, son las que llegan en forma continua a la superficie terrestre y son "inagotables" y no renovables son aquellas que se encuentran en cantidades limitadas y sus reservas disminuyen al consumirlas. Presente cuatro ejemplos de cada una y realice una pequeña exposición, donde indique cuál cree que será la energía del futuro y cuál la energía próxima a extinguirse.
4. Defina, energía eólica, solar, atómica, química, de la biomasa, térmica, radiante e hidroeléctrica.
5. Presente en su orden correspondiente, las cinco centrales hidroeléctricas mas grandes del mundo y su ubicación geográfica.
6. En qué consiste el protocolo de Kioto y cuál es su posición sobre la forma de cumplimiento de todas las naciones?
7. Sugiera un método de concientización a nuestra comunidad para promocionar el uso racional de energía.
