Energía Mecánica: Una Guía para Principiantes sobre la Energía de los Objetos y el Movimiento

La energía mecánica está a nuestro alrededor. Ya sea un niño pateando una pelota de fútbol o una enorme turbina eólica que nos da electricidad, no hay escapatoria a esta fuerza. Pero, ¿qué es exactamente la energía mecánica? En esta guía, le ayudaremos a comprender más sobre la energía mecánica, cómo funciona y produce energía, y por qué es importante para usted (y para todos nosotros).

¿Qué Es la Energía Mecánica y Cómo Funciona?

La energía mecánica es una cuestión de ciencia física. Es la energía del movimiento, o la energía de un objeto que se mueve. Todas las formas de vida y muchos sistemas utilizan energía mecánica para funcionar, y la energía del movimiento se puede ver en la vida cotidiana. Algunos ejemplos son:

• Un niño sostiene una pelota en el aire mientras escanea el campo para lanzarla. Están aplicando fuerza (sosteniendo la bola hacia arriba) pero aún no han ejercido ninguna cantidad de trabajo (la fuerza causa el desplazamiento de un objeto).
• Un niño patea una pelota (fuerza externa) – la fuerza actúa sobre ella, impulsándola hacia adelante.
• Una bola vuela por el aire (energía de movimiento), desciende (fuerza gravitacional), rebota en el suelo para subir de nuevo a un punto (energía potencial gravitacional), luego vuelve a bajar y rueda hasta detenerse.
• Un avión que baja a toda velocidad por la pista representa la energía del movimiento.
• Un avión a gran velocidad que choca contra un helicóptero transfiere energía cinética al otro avión.
• Un avión privado reduce la velocidad para detenerse cuando el piloto aplica frenos (fuerza de fricción).

La energía mecánica (energía cinética o energía potencial) es la energía de un objeto en movimiento o la energía que se almacena en los objetos por su posición.

La energía mecánica también es un motor de la energía renovable. Muchas formas de energía renovable dependen de la energía mecánica para producir energía o convertir energía adecuadamente.

Dos ejemplos de energía renovable que dependen de la energía mecánica son la energía hidroeléctrica y la energía eólica.

La energía mecánica es solo una de varias formas de energía, que también incluyen:

• Luz
• Calor
• Energía acústica
• Energía química
• Energía eléctrica
• Energía nuclear

Curiosamente, todas estas formas de energía son intercambiables, se transfieren de un estado a otro, dependiendo de las circunstancias. Esto se debe a que la ley científica de conservación establece que la energía nunca deja de existir por completo; solo puede cambiar de una forma a otra.

¿Cuáles Son Algunos Ejemplos de Energía Mecánica?

La energía mecánica puede ser producida por seres vivos, objetos sólidos, gases, agua o aire. Hay ejemplos de energía mecánica en todas partes.

El potencial y la energía cinética son solo dos ejemplos que podemos ver o experimentar.

Un ejemplo de Energía Potencial

Imagine que llega a casa del mercado de su granjero local y entre su canasta de golosinas orgánicas hay una sandía redonda, jugosa y grasa.

coloca la sandía en el mostrador de la cocina. Ahora tiene energía potencial debido a su altura sobre el suelo de la cocina y debido a su peso.

Luego, accidentalmente lo golpeas con el codo mientras sacas un frasco para almacenar tus granos de café orgánicos frescos. Intenta atrapar como el melón comienza a rodar hacia el borde de la encimera. Esta es la energía del movimiento.

Debido a que tienes las manos llenas con un frasco y una bolsa de café, tu melón cae al suelo (fuerza gravitacional, un ejemplo de fuerza no conservadora), se rompe en la baldosa cerámica y explota en miles de piezas. Ahora se ha hecho “trabajo” porque el impacto rompió el melón en trozos de papilla jugosa. La sandía rayada también crea energía sonora, una de las formas de energía discutidas anteriormente.

Un ejemplo de Energía Cinética

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Muchos de nosotros estamos entusiasmados con la energía limpia debido a su impacto beneficioso en el cambio climático. Podemos elegir un plan de energía verde cuando seleccionamos un proveedor de electricidad o podemos instalar paneles solares en nuestro hogar.

Cuando elegimos un plan de energía verde, esa energía a menudo la producen las turbinas. Hay diferentes tipos de energía cinética que hacen las turbinas para producir electricidad.

• Viento: El aerogenerador, por ejemplo, es un tipo de tecnología de energía renovable que genera energía a partir del movimiento del aire. Cuando sopla el viento, hace girar las palas de la turbina en un movimiento circular, que hace girar un eje de transmisión generador de electricidad a medida que gira.
• Vapor: De manera similar, las turbinas de vapor utilizan presión para mover los brazos de una turbina. Las cuchillas giran en un movimiento circular a medida que el vapor sopla, utilizando energía mecánica para hacer girar un eje rotador. El eje del rotor está conectado a un generador que toma la energía cinética y la convierte en energía eléctrica. Este mismo proceso se utiliza para operar máquinas de vapor.

• Agua: La energía hidroeléctrica adquiere la energía mecánica del agua en movimiento a través de turbinas hidroeléctricas o sistemas de almacenamiento por bombeo. Al igual que las turbinas de viento o de vapor, las turbinas hidroeléctricas utilizan la energía cinética del agua corriente para hacer girar las palas. Por otro lado, los sistemas de almacenamiento por bombeo utilizan depósitos de agua a diferentes alturas para mover el agua de un lado a otro y crear energía hidroeléctrica. Ambos métodos reflejan las fuerzas de energía mecánica naturales de ríos, arroyos, cascadas, océanos e incluso lluvia.

¿Es Potencial de Energía Mecánica o Cinético?

Hay dos tipos de energía mecánica: movimiento (energía cinética) y almacenada (energía potencial). Puede obtener más información en nuestra guía que explica el potencial y la energía cinética.

La conversión mecánica depende de la cantidad de energía potencial que tiene un objeto y de cuánta energía cinética puede producir.

Sin embargo, independientemente del potencial, la energía del movimiento es una parte integral de la producción de energía, y muchas fuentes generadoras de energía no podrían funcionar sin ella.

La energía mecánica depende de la posición y el movimiento de un objeto, y su potencia proviene de la suma de energía móvil (energía cinética) y energía almacenada (potencial). En otras palabras, cuando la energía potencial de un objeto se combina con su energía cinética, crea energía mecánica.

Por ejemplo, una montaña rusa obtiene la mayor energía potencial gravitacional cuando alcanza el primer pico cerca del comienzo del viaje — eso es lo que establece la cantidad total de energía disponible para impulsar los autos hacia adelante durante el viaje.

Al ascender a la cima de una de sus colinas o bucles, gana energía potencial: cuanto más alto vaya, más energía potencial obtendrá. Cuando procede a un movimiento descendente, comienza a convertir su energía potencial en energía cinética. A medida que el carro se mueve cuesta abajo, su energía cinética aumenta; simultáneamente, su energía potencial disminuye.

Algunos ejemplos de objetos con energía potencial son una roca al borde de un acantilado, agua en una bañera tapada o una bola de demolición que espera demoler. Todos estos están en la energía de posición antes de rodar, fluir o balancearse.

Las fuentes de energía cinética provienen del movimiento o de fuerzas gravitacionales como las olas del océano, el vapor, el agua corriente o el viento. También puede ser la energía que se ejerce cuando una persona corre, salta, baila, conduce un automóvil, lanza un dardo o lanza una bola de boliche por un callejón.

Cuando la roca sale de un acantilado o se retira el tapón de la bañera y el agua comienza a correr por el desagüe, estos objetos o fuentes ganan energía cinética.

A medida que acumulan energía cinética, pierden energía potencial y, juntos, crean el nivel de fuerza, velocidad o potencia de un objeto.

Todos los demás tipos de energía solo pueden ser energía cinética o energía potencial, uno a la vez, pero nunca simultáneamente. Por lo tanto, la energía mecánica es la única forma de energía que puede aprovechar la energía potencial y cinética y cambiar de un lado a otro entre ambas.

¿Cómo Produce Energía Mecánica?

La energía mecánica se produce obteniendo energía potencial y cinética y convirtiéndola en energía. Ejemplos de esto serían el vapor, el agua, el viento, el gas o los combustibles líquidos que alimentan las turbinas.

Las máquinas se utilizan a menudo para generar otras formas de energía a través de la conversión antes de ser utilizadas como energía. Una vez que la energía mecánica se cambia de cierta manera, podemos usarla de la manera que queramos o necesitemos para funcionar.

¿Se Puede Conservar la Energía Mecánica?

Puede conservar energía mecánica, lo cual es crucial porque la energía puede escapar cuando se usa y se puede desperdiciar energía durante el proceso de conversión.

Cierta pérdida de energía es inevitable cuando se producen fuerzas o situaciones no conservadoras o de parada, pero desviar o conservar energía puede ayudar a lograr la máxima eficiencia.

Los sistemas de conversión de energía ineficientes cuestan más para funcionar y pueden afectar la eficiencia de los sistemas de energía. Por ejemplo, si la energía eólica se convierte en energía mecánica para activar una turbina eólica, pero el proceso de conversión pierde más de la mitad de la energía conducida, el sistema es lento, consume más tiempo y desperdicia energía.

¿Qué Es La Conversión De Energía?

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La conversión de energía se produce de muchas maneras diferentes. El Departamento de Energía de los Estados Unidos da el funcionamiento de un automóvil, por ejemplo.

La gasolina que se encuentra en el tanque de un automóvil antes de encenderlo contiene energía potencial química. Cuando el gas se quema después de arrancar el vehículo, se cambia de energía química a energía térmica, una forma de energía térmica.

La energía térmica se convierte en energía mecánica, utilizando fuerza y movimiento (energía cinética) para mover el vehículo.

Una vez que un automóvil ya no necesita moverse o se detiene momentáneamente, se aplican frenos que crean fricción, una fuerza no conservadora.

La energía cinética mecánica se transforma de nuevo en un estado térmico y es una vez más energía térmica.

De acuerdo con la ley de conservación de la energía mecánica, cuando un sistema está aislado o solo interactúa con fuerzas conservadoras, la energía mecánica es constante.

En otras palabras, el automóvil retendrá su energía mecánica constantemente hasta que se agote la gasolina y la energía mecánica ya no se produzca, o interactúe con una fuerza no conservadora, como la fricción del frenado, un poste, otro vehículo o un edificio.

Además, si la velocidad de un objeto o material en movimiento cambia, la energía cinética cambia junto con él.

En el caso del automóvil, si disminuyera la velocidad pero continuara conduciendo y luego chocara contra otro vehículo a solo unas pocas millas por hora, el impacto sería menor que si el automóvil acelerara y chocara contra otro vehículo al conducir tan rápido como el automóvil pudiera ir.

Cuanto más rápido sea el movimiento de un automóvil, más energía cinética producirá y más potencia ejercerá al impactar.

A veces, cuando los objetos chocan con fuerzas no conservadoras, como la fricción, también pueden perder energía.

La cantidad de energía perdida en una colisión dependerá del tipo de colisión que se haya encontrado cuando esto ocurra.

Si la colisión o la interacción son elásticas, como un juguete escurridizo que se mueve por una escalera, la cantidad de energía seguirá siendo la misma y se conservará la potencia del objeto.

Si la colisión es inelástica, como la masa aplanada de una tortilla que cae en una sartén, la energía se cambiará a energía térmica y no se conservará.

La energía mecánica está En Todas Partes

La energía del movimiento es energía mecánica y se puede ver en casi todo lo que hacemos y experimentamos en la vida. Es un jugador de béisbol balanceando un bate para golpear la pelota a través del campo. Está en una licuadora mientras gira, triturando y licuando nuestra fruta, col rizada y hielo en un batido verde. Está en los pedales de freno de una bicicleta, ya que utilizan la fricción para detener el giro de sus ruedas.

Como energía almacenada en un objeto, puede pasar rápidamente de energía potencial a energía cinética, y luego posiblemente transformarse en un tipo diferente de energía a medida que entra en juego la ley de conservación. La energía mecánica no es tan técnica como parece. Es parte de la vida cotidiana.

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