La energía mecánica es una forma de energía asociada al movimiento y la posición de un objeto. Está compuesta por dos componentes principales: la energía cinética y la energía potencial.
Hay muchos tipos de energía mecánica, pero todos se pueden clasificar entre energía cinética y energía potencial. La cinética está relacionada con la velocidad y la potencial en la posición del objeto.
La energía mecánica de un cuerpo es la suma de su energía cinética y su energía potencial.
El principio de conservación de la energía relaciona ambas energías. En un sistema aislado, en el que no hay intercambio de energía con el exterior, la energía mecánica total se conserva, lo que significa que la suma de la energía cinética y la energía potencial se mantiene constante a lo largo del tiempo.
Sin embargo, en sistemas no aislados, como aquellos sujetos a fuerzas externas o fricción, la energía mecánica puede cambiar debido a la conversión entre diferentes formas de energía.
Definición de energía mecánica
Podemos definir este tipo de energía como “la capacidad de producir un trabajo mecánico que posee un cuerpo debido a causas de origen mecánico, como su posición o su velocidad.”
Tipos de energía mecánica
La energía mecánica puede manifestarse en diferentes formas de energía cinética y potencial. A continuación, se mencionan algunos tipos comunes de energía mecánica que combinan ambos tipos:
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Energía cinética lineal: Es la energía asociada al movimiento en línea recta de un objeto debido a su velocidad. En este caso, la energía depende de la masa del objeto y de su velocidad al cuadrado. Por ejemplo, un automóvil en movimiento tiene energía cinética debido a su masa y velocidad.
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Energía potencial gravitatoria: Es la energía asociada a la posición de un objeto en un campo gravitatorio, como la energía que posee un objeto elevado en altura. Cuanto mayor sea la altura y la masa del objeto, mayor será su energía potencial gravitatoria.
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Energía potencial elástica: Es la energía almacenada en objetos elásticos, como resortes, cuando se comprimen o estiran. Cuando se libera la tensión en el objeto, esta energía se convierte en energía cinética. La cantidad de energía potencial elástica depende de la cantidad de deformación del objeto elástico.
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Energía rotacional: Es la energía asociada al movimiento de rotación de un objeto alrededor de un eje. Se aplica principalmente a objetos que giran, como ruedas, engranajes o turbinas. La energía rotacional depende de la masa del objeto, su distribución de masa y su velocidad angular.
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Energía de vibración: Es la energía asociada a las oscilaciones o vibraciones de un objeto. Se encuentra en sistemas como péndulos, cuerdas de guitarra o moléculas en vibración.
Hay que tener en cuenta que estos tipos de energía no son excluyentes entre sí. Es decir, es posible que un objeto tenga energía cinética lineal y energía potencial gravitatoria. Esto sucede, por ejemplo, al lanzar una pelota al aire; mientras se está elevando tiene los dos tipos de energía.
Energía cinética: la energía que depende de la velocidad
La energía cinética es una forma de energía, que posee un cuerpo en movimiento debido a la inercia de la masa.
La energía cinética es directamente proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado de su velocidad. Además, la energía cinética de un cuerpo en movimiento es igual al trabajo requerido para llevar el cuerpo del estado de reposo al estado en el que se encuentra.
Existen varios tipos de energía cinética. Sin embargo, los dos tipos más importantes son:
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Energía cinética de traslación, en la que el objeto se mueve de un punto a otro
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Energía cinética de rotación, en la que el objeto gira sobre sí mismo.
Energía potencial: la energía que depende de la posición
La energía potencial es el trabajo que un objeto es capaz de realizar como resultado del estado del objeto. Este estado puede ser la ubicación en un campo de fuerza (por ejemplo, la gravedad) o la configuración interna del objeto.
La magnitud de la energía potencial no está definida en sí misma. Solo se ha determinado la diferencia de tamaño.
Existen diferentes tipos de energía potencial, de los cuales destacamos los siguientes:
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Energía potencial elástica, que depende de la energía almacenada en su interior (por ejemplo, un muelle).
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Energía potencial gravitatoria, que depende de la gravedad y, por lo tanto, de la altura.
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Energía potencial eléctrica.
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Energía potencial química, cuando depende de su composición química.
¿Para qué sirve la energía mecánica?
La energía mecánica es fundamental en numerosos aspectos de nuestra vida y tiene diversas aplicaciones prácticas. Aquí hay algunas formas en las que la energía mecánica es útil:
Trabajo y movimiento
Una aplicación de la energía mecánica la encontramos a la hora de realizar trabajo y generar movimiento.
Por ejemplo, en la industria, se utiliza para accionar máquinas y herramientas, permitiendo la fabricación y producción de bienes. También es necesaria para el funcionamiento de vehículos, como automóviles, aviones y trenes, que utilizan este tipo de energía para propulsarse.
Generación de electricidad
Una gran parte de las formas para generar electricidad utilizan un trabajo mecánico durante el proceso. Veamos algunos ejemplos ilustrativos:
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Las centrales nucleares utilizan turbinas de vapor para convertir el calor en energía eléctrica mediante generadores.
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En las centrales hidroeléctricas, la energía cinética del agua en movimiento que se obtiene al dejarla caer desde cierta altura se utiliza para hacer girar turbinas que, a su vez, generan electricidad.
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Las plantas de energía eólica, utilizan las aspas de los aerogeneradores para convertir la energía cinética del fluido (el viento) en energía cinética de rotación. De esta forma, la energía asociada a la velocidad de las moléculas que se mueven, es decir, el viento se convierte en energía mecánica.
Transporte de personas y mercancías
Los vehículos de motor, como automóviles, camiones y aviones, aprovechan la energía mecánica para desplazarse.
Obviamente, el transporte de personas y mercancías también incluye los sistemas de transporte público, como trenes y tranvías.
Maquinaria y herramientas
En diversos sectores industriales, la energía mecánica es fundamental para operar maquinaria y herramientas. Desde la construcción y la agricultura hasta la manufactura y la minería, la energía mecánica impulsa la maquinaria utilizada para llevar a cabo tareas como perforar, cortar, levantar cargas pesadas y realizar otros procesos.
Recreación y deporte
Las actividades recreativas y deportivas son otras actividades en las que se utiliza la energía mecánica.
Por ejemplo, en deportes como el ciclismo, el atletismo o la natación, los movimientos del cuerpo humano generan y utilizan energía mecánica ya que hay un desplazamiento y, en según qué casos, una variación de altura.
Además, las atracciones de parques de diversiones, como montañas rusas y norias, hacen uso de esta energía para proporcionar emociones y entretenimiento.
Ejemplos cotidianos del día a día
En el día a día existen muchos ejemplos de energía mecánica:
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Una pelota que cae: Si sostenemos una pelota con la mano tiene la energía potencial y no tiene energía cinética. Si la soltamos, empezará a adquirir velocidad y a perder altura. Lo que es lo mismo, aumenta la energía cinética y disminuye la energía potencial.
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Un motor eléctrico la corriente eléctrica se convierte en energía cinética rotacional que sirve para impulsar el vehículo.
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Un generador eléctrico convierte la energía mecánica en energía eléctrica. Se trata del mismo caso del motor eléctrico, pero en el sentido inverso.
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Una central hidroeléctrica (energía hidráulica) aprovecha la energía potencial del agua en la parte superior. Cuando el agua cae, la energía potencial se convierte en cinética.
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Un motor de combustión interna es un motor térmico que obtiene energía mecánica de la energía química quemando combustible.
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En el caso de la energía eólica los molinos aprovechan la energía cinética de las moléculas de aire para girar de acuerdo con la teoría de la mecánica de fluidos.
