Energía y trabajo - Movimiento y Estabilidad

Trabajo mecánico

En física, se hace trabajo cuando una fuerza mueve un objeto cierta distancia. Si empujas una pared y no se mueve, te cansas, pero no hay trabajo mecánico. Se mide en joules (J).

Trabajo

W = F \cdot d

Donde W es el trabajo (J), F la fuerza (N) y d la distancia (m).

Ejemplo resuelto

Empujas una caja con una fuerza de 50 N a lo largo de 4 metros:

W = F \cdot d = (50 N) (4 m) = 200 J

Energía cinética

La energía es la capacidad de hacer trabajo. La energía cinética es la que tiene un cuerpo por estar en movimiento: mientras más masa y más velocidad, más energía.

Energía cinética

E_{c} = \frac{1}{2} m \cdot v^{2}

Ejemplo resuelto

Un balón de 0.5 kg que viaja a 10 m/s tiene:

E_{c} = \frac{1}{2} (0.5 kg) (10 m/s)^{2} = 25 J

Como la velocidad está al cuadrado, ir al doble de velocidad significa cuatro veces más energía.

Energía potencial gravitacional

Es la energía que un cuerpo guarda por estar a cierta altura. Mientras más alto y más pesado, más energía almacena.

Energía potencial

E_{p} = m \cdot g \cdot h

Una maceta de 2 kg en un balcón a 5 m de altura guarda Ep = 2 · 9.81 · 5 = 98.1 J.

Carro de una montaña rusa en la parte alta de la vía — Figura 1: En la cima, el carro tiene mucha energía potencial; al bajar se convierte en energía cinética. Fuente: ver Autoría

Conservación de la energía y potencia

La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En un péndulo, la energía pasa de potencial (en los extremos, arriba) a cinética (en el centro, abajo) una y otra vez.

Péndulo oscilando de un lado a otro — Figura 2: Un péndulo intercambia energía potencial y cinética en cada oscilación. Fuente: ver Autoría

La potencia indica qué tan rápido se hace un trabajo y se mide en watts (W):

Potencia

P = \frac{W}{t}

Simulador: péndulo y conservación de la energía

Suelta el péndulo: arriba toda la energía es potencial y abajo toda es cinética, pero la suma no cambia.

Ángulo inicial (°): 45

Tabla de tipos de energía mecánica

Tipo de energía	Fórmula	Depende de	Ejemplo
Cinética	$E_{c} = \frac{1}{2} m \cdot v^{2}$	Masa y velocidad	Un auto en movimiento.
Potencial	$E_{p} = m \cdot g \cdot h$	Masa y altura	Agua almacenada en una presa.
Mecánica total	$E_{m} = E_{c} + E_{p}$	La suma de las dos	Un columpio en cualquier punto.

Video explicativo

Observa cómo se transforma la energía en este video:

Dato curioso: Las montañas rusas clásicas no tienen motor en los carros: una cadena los sube a la primera cima y todo el recorrido se hace con esa energía potencial.