Trabajo Energía y Potencia

En física se habla constantemente de energía, de trabajo y de potencia.

Muchas veces, aunque entendamos la  explicación, no sabemos muy bien diferenciar entre una cosa y la otra.

Vamos a intentar dejar claro estos 3 conceptos y sus diferencias.

energía trabajo potencia

Diferencia entre Energía y Trabajo

La energía es una cantidad física que determina la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo.

Cuando un cuerpo tiene la capacidad para moverse o mover algo, esa capacidad es la energía, pero cuando esa capacidad se convierte realmente en movimiento, ese movimiento es el trabajo realizado por el cuerpo.

Cuanta más energía tiene el cuerpo, más capacidad para transformarse en trabajo, si es que se transforma en trabajo.

De hecho hay energía que se puede almacenar para posteriormente convertirse en otro tipo de energía, en lugar de trabajo.

Veamos todo esto con ejemplos que es como mejor se entiende.

Una manzana colgada en un árbol tiene energía potencial (como veremos más adelante) pero no realiza ningún trabajo hasta que no se caiga.

Es como si tuviera (de hecho la tiene) energía almacenada esperando para ser usada.

Cuando cae su energía potencial se convierte en energía cinética (energía de movimiento).

Ahora imagina que la manzana tiene un gusano.

La manzana desplazó al gusano desde su posición inicial hasta la final, por lo que realizó un trabajo para mover el gusano.

El movimiento de la manzana desde la altura que estaba hasta el suelo es el trabajo realizado.

Lógicamente para producir trabajo primer necesitamos tener energía.

Veamos esta diferencia con un otro ejemplo, un velero.

energía y trabajo

El viento tiene energía, pero esa energía que posee solo se transformará en trabajo al mover el velero.

Energía del viento ==>Energía de Movimiento(cinética) ==> Trabajo

La energía del viento se transforma en energía cinética (de movimiento) y el movimiento desde el principio hasta el final del recorrido del velero sería el trabajo desarrollado por el velero.

Oro ejemplo sería un combustible, tiene energía almacenada pero se convierte en trabajo cuando al quemarlo, por ejemplo, sube un pistón del motor del coche.

Energía y Trabajo se miden en las mismas unidades, siendo el Julio la unidad en el Sistema Internacional (SI)

El trabajo de una fuerza constante es igual al producto de los módulos de la fuerza por el desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza y ​​el coseno del ángulo entre ellos.

T = F x d x coseno φ ( Julios = Newton x metro)

Cuando la fuerza y el objeto se mueven en la misma línea, el ángulo será 0 y por lo tanto:

T = F x d ( Julios = Newton x metro)

Ya que coseno 0 = 1

trabajo de una fuerza

Si se aplican varias fuerzas al cuerpo, entonces el trabajo total es igual a la suma algebraica del trabajo realizado por las fuerzas individuales, y con el movimiento de traslación del cuerpo es igual al trabajo de la fuerza resultante.

Veamos ahora los 2 tipos de energías de las que hablamos antes, la energía cinética y potencial.

Energía Cinética

Un cuerpo puede tener la capacidad de moverse, pero no de darse cuenta de ello en ese momento.

Por ejemplo una pelota colgando de una cuerda a una cierta altura.

En ese momento tiene energía por que está a una cierta altura, energía que se podrá ver nada más soltar la pelota de la cuerda que la sujeta.

En este caso, se dice que el cuerpo tiene energía potencial (cuando está a una altura y quieta).

La energía potencial determina la capacidad de un sistema de cuerpos (o partes de un cuerpo) para trabajar cambiando su posición mutua.

La energía potencial se puede almacenar durante un tiempo.

Tenemos 2 tipos de energías potenciales diferentes:

La Energía potencial gravitatoria es debido a la posición del objeto.

Ep = m x g x h

siendo h = a la altura a la que se encuentra el objeto.

Otro ejemplo es un resorte.

En un estado comprimido o estirado, surge una fuerza elástica.

Esta fuerza hace que el resorte vuelva a su estado original.

Sin embargo, en el momento en que aún no ha regresado a él, el resorte tiene energía potencial, es decir, la capacidad de moverse.

Aquí, diferentes partes del resorte interactúan entre sí, desplazadas entre sí.

La Energía del resorte es una energía potencial, y se llama energía potencial elástica y es debida a una deformación del cuerpo.

Su fórmula es:

Ep = 1/2 x K x X2

K es una constante de deformación que depende de cada resorte.

X es la deformación sufrida (longitud)

Energía Cinética

La Energía Cinética es la relacionada directamente con el movimiento del cuerpo.

Cuanto mayor es la velocidad de un cuerpo en un momento dado y su masa, más energía cinética posee, porque un cuerpo más masivo y que se mueve rápidamente puede empujar a otro cuerpo con más fuerza.

Su formula es:

Ec = 1/2 x m x v2

Cinética y Potencial

 

La pelota anterior,, toda la energía potencial que tenía en su posición inicial se va convirtiendo en energía cinética en su caída.

Al caer, alcanzará su máxima velocidad al acercarse a la superficie.

Aquí, su energía potencial será mínima y su energía cinética máxima.

Si la pelota rebota, al despegar del suelo, la pelota tiene la máxima energía cinética y la mínima potencial.

A medida que sube, su energía cinética cae, pero su potencial aumenta.

Durante el vuelo, la pelota tiene energía potencial y cinética.

Sin embargo, ambos no están al máximo.

Por lo tanto, las energías cinética y potencial del cuerpo se transforman entre sí.

Energía Mecánica

Su suma representa la energía mecánica total del cuerpo.

Al poseer energía potencial, el cuerpo tiene la capacidad de trabajar, y al poseer energía cinética, el cuerpo funciona.

La energía mecánica es  la suma de la energía cinética más la potencial:

Em = Ec + Ep

La Potencia

En la vida, lo importante es la realización del trabajo, pero también el tiempo durante el cual se realiza el trabajo.

Podemos hacer el trabajo rápida o lentamente.

La relación entre el trabajo y el intervalo de tiempo durante el cual se realiza este trabajo se denomina potencia.

La potencia es la energía entregada en la unidad de tiempo y se mide en vatios.

P = E / t  ( vatio (w) = Julios / segundo)

según esta última fórmula podemos expresar la energía :

E = P x t ( w x s)

1Cv = 736w

Recordamos la fórmula del rendimiento en porcentaje:

η= (Energía útil/Energía total) x 100

Fuerzas

Ya que llevamos todo el tiempo hablando de fuerza, sería bueno recordar los tipos con los que podemos encontrarnos.

La fuerza es el producto de la masa por la aceleración:

F = masa x aceleración = m x a = (Newtons (N))

Recordar que el peso es la fuerza de la gravedad sobre un cuerpo y será:

Peso = masa x gravedad

La fuerza elástica es el producto de la constante de elasticidad del cuerpo (K) por la distancia que lo estira o deforma (X)

Fx = K x X

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