martes, 5 de noviembre de 2013

Conservación de la energía - Fuerzas conservativas y no conservativas


La ley de la conservación de energía establece que en cualquier sistema aislado de otro, en el que se produzca un cambio físico, la energía existente antes y después del mismo es invariable, aunque puede manifestarse de distintas formas (Energía calórica, cinética, potencial, etc.).
La energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma. 
La energía mecánica es la sumatoria de las energías cinética, potencial gravitatoria y potencial elástica.
E mecánica = Ec + Ep + Epe

ΔE = energía intercambiada por el sistema

Fuerzas conservativas

Se dice que una fuerza es conservativa si el trabajo total que realiza dicha fuerza sobre una partícula es cero, cuando recorre una trayectoria cerrada y vuelve a su posición original. El trabajo realizado por una fuerza conservativa es independiente de la trayectoria seguida por la partícula de un punto a otro.


Un ejemplo de una fuerza conservativa es la fuerza peso, producida por un campo gravitatorio "g" 
Comprobación: 
T = F . d . cos α
Ta = m .g . h . cos 180°
Ta = - m. g . h

Tb = m . g . h . cos 0°
Tb = m . g . h

Ta + Tb = - m . g . h + m . g . h = 0

Fuerzas no conservativas

Al contrario de las fuerzas conservativas, el trabajo total que realiza la fuerza en una trayectoria cerrada que vuelve al punto de origen es distinto de cero. Esto significa que existe variación en la energía mecánica, siendo parte de esa energía transformada en, por ejemplo, energía calórica. Un claro ejemplo de estas es la fuerza de rozamiento, que siempre se opone al movimiento que realice un cuerpo o partícula.

sábado, 26 de octubre de 2013

Panorama general

El Trabajo es una de las formas de transferencia de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace.
El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F, aplicada sobre el cuerpo, del desplazamiento, Δx y del coseno del angulo α que forman la fuerza y el desplazamiento.

W= F .Δx . cos α  

El trabajo, se mide en julios (J) en el SI, la fuerza en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m).


La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.
La energía no es la causa de los cambios.


Las causas de los cambios son las interacciones y, su consecuencia, las transferencias de energía(trabajo).

Otra forma de interpretar el trabajo realizado por una fuerza, es decir que es el producto escalar entre los vectores Fuerza (F) y desplazamiento (Δx).

El producto escalar se define como el producto del módulo (valor) de los vectores y el ángulo comprendido entre ellos:

V . W = |V| . |W| . cos α 


Por lo tanto, el trabajo realizado por una fuerza se define como: 
W = |F| . |Δx| . cos α




Potencia

La Potencia es una magnitud que nos relaciona el trabajo realizado con el tiempo empleado en hacerlo.
P= w/t= F . V
Si una máquina realiza un trabajo, no sólo importa la cantidad de energía que produce, sino también el tiempo que tarda en hacerlo. Por ejemplo, decimos que un coche es más potente si es capaz de pasar de 0 a 100 Km/h en un menor tiempo.

La potencia se mide en vatios (W) en el SI, el trabajo en julios (J) y el tiempo en segundos (s). También se puede medir en caballos de potencia (Hp) y el equivalente con el vatio es:
1HP = 746 W

Ec-Ep

La energía cinética
La energía cinética es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v).

Ec= ½ . m . V2
La energía cinética se mide en julios (J), la masa en kilogramos (Kg) y la velocidad en metros por segundo (m/s).
La energía cinética es un tipo de energía mecánica.


Energía potencial
Es la energía que tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición. Podemos hablar de energía potencial gravitatoria y de energía potencial elástica.
La energía potencial gravitatoria es la energía que tiene un cuerpo por estar situado a una cierta altura sobre la superficie terrestre. Su valor depende de la masa del cuerpo (m), de la gravedad (g) y de la altura sobre la superficie (h).

Ep= m . g . h

La energía potencial se mide en julios (J), la masa en kilogramos (Kg), la aceleración de la gravedad en metros por segundo al cuadrado (m/s2) y la altura en metros (m).



Energía potencial gravitotoria

Es el trabajo realizado por la fuerza de gravedad
Epg = ∫ F.dY = ∫ m. g . dY = m . g . y + Epgi

Generalmente denominamos un cambio de altura con "h"

Epg= m . g . h + Epi


Energía potencial elástica

Es la energía almacenada en un resorte

Epe= ∫ F.dX = ∫K . X . dX = 1/2 . K . x2                    (K: c.te proporcional elástica)

Epe: 1/2 . K . x2