Momentos de esta propuesta:

1. 1Hablemos de la energía
2. 2Energía mecánica
3. 3 La energía mecánica no cambia
4. 4La energía asociada a la temperatura y a la electricidad
5. 5Energía y cambios químicos
6. 6Las máquinas que usan energía e hicieron historia
7. 7Evolución, virus y pandemias

 

La energía mecánica

Hay un tipo de energía que solemos usar casi todos los días. Se llama energía mecánica y tiene que ver con el movimiento y los efectos que pueden hacer algunos objetos sobre otros objetos. La energía mecánica puede aparecer de dos formas: la energía cinética, que se relaciona con la velocidad con que se mueven los cuerpos y otra llamada energía potencial que tiene que ver con la posición o la deformación de un cuerpo.

Energía cinética: la energía asociada a la velocidad

Imaginemos dos situaciones:

a) Un camión que viaja a la par de una bicicleta a la misma velocidad.

b) Una bicicleta que pasa a otra a mucha mayor velocidad.

¿Cómo se podría saber cuál de estos vehículos tiene mayor energía?

Es evidente que si el camión y la bicicleta, que van a la misma velocidad, impactan contra una pared, el camión es capaz de producir cambios mucho más profundos que la bicicleta. Entonces, podemos pensar que el camión posee una energía cinética mayor, comparando los efectos que produce la transformación de esa energía durante un choque. Esta sería una manera indirecta de estimar la energía cinética de los objetos en movimiento. ¿A qué se debe esta diferencia entre las energías de la bicicleta y del camión? El camión es mucho más grande y pesado que la bicicleta, tiene mayor masa. Entonces, la energía cinética de un objeto que se mueve depende de su masa.

Veamos ahora el caso de las dos bicicletas que se mueven a distintas velocidades. Si ahora se comparan las situaciones, esta vez podría pensarse que la que viaja a mayor velocidad es capaz de provocar más cambios en su entorno –al chocar– que la que circula a menor velocidad. A juzgar por sus efectos, la energía cinética de un objeto que se mueve más rápido es mayor que la de un objeto que se mueve más lentamente.

Dos ciclistas que se mueven con distinta velocidad tienen distinta energía.

Imagen tomada de Pixabay.

Entonces podemos concluir que la energía cinética de un objeto que se mueve depende no solo de su masa sino también de su velocidad.

Esta forma de depender de la masa y de la velocidad puede expresarse en una forma que permite calcular la energía cinética:

Cuando la masa se expresa en kg y la velocidad en m/s la energía cinética queda expresada en Joule (J). Estas son las unidades de SI (Sistema Internacional) para masa, velocidad y energía.

Veamos un ejemplo.

Ejemplo 1

Una piedra de 2 kg se mueve a 4 m/s, ¿cuánto vale su energía cinética?

Las unidades de masa y velocidad son las adecuadas al SI, de manera que podemos hacer la cuenta para averiguar su energía cinética:

Esta es entonces la energía que tiene esta piedra moviéndose a esta velocidad. Por ahora no tenemos otro objeto con el que compararlo para poder analizar el valor de su energía, pero lo haremos más adelante.

Te dejamos unos cálculos para poder practicar.

 

✍️ | Actividad 3

Calculá la energía cinética de los cuerpos en cada uno de los casos siguientes:

1. Una pelota de 500 g que se mueve a 10 m/s.

2. Un auto de una tonelada (1000 kg) que se mueve a 10 m/s.

3. Una pelota de tenis de 30 g que viaja a 30 m/s.

¿Cuál tiene más energía cinética: la pelota del caso 1 o el auto? ¿Y entre la pelota del caso 1 y la del caso 3? ¿Podrías justificar tus respuestas?

Energía potencial: la energía asociada a la posición o a la forma

Imaginemos una situación de la vida cotidiana: una mudanza de muebles. Un piano cuelga de una cuerda y está siendo subido a un balcón de un departamento por medio de una polea.

Si la cuerda se rompiera, el piano se caería y se rompería contra la vereda causando roturas también en el piso. Podemos concluir que cuanto mayor sea la altura del piano al cortarse la cuerda tanto mayor serían los destrozos causados, y podemos asociar esas roturas a la energía “almacenada” en el piano. En cambio, si el piano cayera desde una altura pequeña las roturas serían menores. Los cambios producidos por el choque contra el piso son una forma indirecta de poder valorar la energía potencial del piano.

A medida que sube, el piano gana energía.

Si el piano se cae, la energía se libera al golpear el piso.

Imágenes tomadas de “La energía, cambios y movimientos: cuadernos para el aula” (1a ed.). Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de la Nación, 2007.

Ahora imaginemos que, en vez de un piano, estamos subiendo una valija y que también la cuerda se corta. ¿Serán mayores o menores los destrozos comparados con los del piano cayendo desde la misma altura? Evidentemente, el piano –más pesado– hará más destrozos en la vereda que la valija.

También podríamos afirmar que si tenemos uno solo de estos objetos, el piano o la valija, y lo dejamos caer desde distintas alturas, los destrozos en la vereda serán mayores cuanto mayor sea la altura desde la que cae el objeto. Podemos afirmar que la energía acumulada por el objeto depende, por un lado, de su masa (lo mismo que la energía cinética) y también de su altura. A mayor masa, mayor energía y a mayor altura también más energía. A esta energía asociada a la altura se la llama energía potencial.

La relación entre la masa, la altura y la energía potencial se expresa de la siguiente manera:

Epotencial = mgh

En la ecuación, m representa la masa, h representa la altura y g se conoce como la aceleración de la gravedad y su valor aproximado es de 10 m/s2  

Cuando la masa se expresa en kg y la altura en metros (m) la energía potencial resulta en Joule (J). Estas son las unidades del SI (Sistema Internacional) para masa, altura y energía.

Veamos un ejemplo.

Ejemplo 2

Una piedra de 2 kg (la misma del ejemplo anterior) se encuentra a 15 metros de altura, ¿cuánto vale su energía potencial?

✍️ Compará este resultado con el valor de energía cinética del ejemplo anterior.

En el caso de esta piedra, ¿qué energía es mayor?, ¿la energía potencial o la cinética? ¿A qué altura debería ubicarse para que los valores de la energía potencial y la energía cinética fueran iguales?

Veamos otro ejemplo.

Ejemplo 3

El piano que usamos como ejemplo se sube hasta un segundo piso. ¿Cuál será su energía potencial una vez que llega a su destino?

Para poder resolver esta situación hay que pensar en cuánto puede pesar un piano. Averiguando, pudimos saber que un piano mediano tiene una masa aproximada de 250 kg. Si además consideramos que cada piso de un edificio mide unos 3 metros, entonces la altura de llegada será de 6 metros. Con estos datos, podemos calcular la energía potencial del piano al llegar al segundo piso:

¿Imaginabas que podía ser grande?

Ahora te dejamos algunos cálculos para seguir practicando.

 

✍️ | Actividad 4

Calculá la energía potencial para cada uno de los siguientes casos:

1. Un objeto de 30 kg que se sube hasta una altura de 15 m.

2. Una pelota de fútbol de 400 g sube hasta una altura de 6 metros.

3. Una valija de 2 kg que se sube hasta un décimo piso (aproximadamente 30 metros).

Una vez que completes las cuentas, ordená los resultados de menor a mayor.