Trabajo+y+Energía

//“…ciertamente es un hecho raro que podamos calcular cierto número// //y que cuando terminemos de observar que la naturaleza ha hecho sus trucos// //y calculemos el número otra vez, éste sea el mismo."//   Richard Feynman    ENERGÍA

Hola a todos y todas. En esta clase nos ocuparemos de la **Energía** y su conservación. En Física son muy importantes los **Principios de Conservación**, con ellos hacemos referencia al hecho de que, durante un proceso, ciertas magnitudes permanecen invariables. Ideas como estas han sido de las más simples y poderosas de la Física. Como ejemplos podemos señalar: la ley de conservación de la energía, de la masa, de la cantidad de movimiento, entre muchas otras. Hablaremos aquí de la Energía y su conservación, pero antes definiremos qué se entiende por **Trabajo**. En el lenguaje ordinario, se dice que se hace un trabajo cuando se desarrolla cualquier actividad que requiera un esfuerzo físico o mental. En Física, la palabra trabajo se emplea con un sentido más estricto. En Física, para que haya trabajo se requiere que una fuerza actúe sobre un objeto y que éste se mueva. Cuando consideramos la cantidad **fuerza por distancia** estamos hablando de una cantidad llamada **Trabajo**. El término **Energía** también es muy utilizado en el lenguaje cotidiano, es así que es muy difícil definirlo rigurosamente. En Física suele introducirse el concepto diciendo que “la energía representa la capacidad de realizar trabajo”. Por ejemplo, cuando se hace trabajo para levantar un martillo pesado, éste adquiere la capacidad de hacer la misma cantidad de trabajo sobre el objeto que golpea al caer. Del mismo modo, el vapor de agua de una caldera posee energía, puesto que es capaz de efectuar el trabajo de mover las turbinas de una planta de generación eléctrica. Existen distintas clases de Energía, vamos a describir algunas de ellas: cuando una fuerza actúa sobre un objeto y éste se mueve con una cierta velocidad, decimos que se ha hecho un trabajo sobre el objeto y que éste ha adquirido una cierta **Energía Cinética** (energía ligada al movimiento). Un cuerpo puede tener otro tipo de energía ligada a la posición. Esta energía es llamada **Energía Potencial**. Existen distintos tipos de energía potencial: la gravitatoria, ligada con la altura a la que se halla el cuerpo sobre la superficie terrestre; la elástica, debida a la compresión de un resorte; etc. Finalmente, llamamos **Energía Mecánica** a la suma de las energías cinética y potencial. Cuando un sistema que no interacciona con nada ajeno a él, decimos que está aislado. Para este tipo de sistemas, se cumple el **Principio de Conservación de la Energía Mecánica**, que afirma que se conserva la energía mecánica total. Si un cuerpo pierde, por ejemplo, energía potencial, gana energía cinética en igual cantidad. **Por ejemplo**: Al bajar por el riel un carrito de una montaña rusa, pierde altura (Energía Potencial) y gana velocidad (Energía Cinética). La cantidad perdida de energía potencial coincide con la cantidad ganada de energía cinética; es decir, no varía la energía mecánica total del carrito. La conservación de la energía mecánica es un caso particular del Principio de Conservación de la Energía. La energía mecánica se conserva cuando actúan sobre un cuerpo sólo fuerzas conservativas, y la energía total siempre se conserva. Siguiendo el ejemplo de la montaña rusa, si sobre el carrito estuviese actuando una fuerza disipativa (por ejemplo, la fuerza de fricción) la energía mecánica del cuerpo no se conservaría. Pero, en este caso se observaría un calentamiento, lo cual no sucedía cuando sólo actuaban fuerzas conservativas. Algunos físicos del siglo pasado, entre ellos **James Joule**, al analizar un gran número de experimentos llegaron a la conclusión que el calor es una forma de energía y entonces, por ejemplo, en el desplazamiento del cuerpo por la acción de la fuerza de fricción, lo que sucede es la transformación en calor de la energía mecánica que desaparece. Los estudios realizados por Joule condujeron a establecer la equivalencia entre el trabajo mecánico y el calor. Realizó experimentos que fueron una verdadera proeza de precisión y de ingenio considerando los medios de que se disponían en esa época. Su investigación estableció la relación cuantitativa entre los efectos eléctrico, mecánico y químico del calor y culminó en 1843 con la deducción de la cantidad de trabajo requerido para producir una energía, denominada **equivalente mecánico del calor**. Este resultado se observa siempre: si una cantidad determinada de cierto tipo de energía desaparece, se produce el surgimiento de otro tipo de energía en cantidad equivalente a la energía desaparecida; es decir, nunca se observa la destrucción de energía, sino únicamente la transformación de cierta clase de energía en otra. Así, como ya se sabe, la energía mecánica se transforma en energía eléctrica (por ejemplo, en una planta hidroeléctrica); la energía térmica, en energía mecánica (en un automóvil); la energía eléctrica, en energía mecánica (en el motor de una aspiradora); la energía eléctrica en calor (en un calefactor o radiador), etc. En todas estas transformaciones se observa que no hay creación ni destrucción de la energía, de manera que la cantidad total de energía que interviene en un fenómeno permanece siempre igual. Estas observaciones constituyen la base del **Principio General de Conservación de la Energía. Este principio siempre es válido en cualquier fenómeno que se produzca en la naturaleza. Su generalidad se vuelve extremadamente importante y útil en la resolución de numerosos problemas.** <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">En los videos que siguen se explica el funcionamiento de dos juegos en un parque de diversiones, en los que se puede evidenciar el PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.

media type="youtube" key="PVZ5-mRQnUo" height="390" width="640"

media type="youtube" key="1uBSF4O4nPs" height="390" width="640"

<span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;"> Actividades.- <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">1. Te proponemos montar la siguiente experiencia con los materiales que puedas tener a tu alcance. El objeto es estudiar la conservación de la energía mecánica usando un péndulo. <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">Este péndulo se encuentra en su recorrido con una varilla y puede empezar a dar vueltas o tener otro movimiento pendular, lo cual dependerá de la altura a la que se suelta. <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">La idea es medir la altura mínima a la que debe soltarse el cuerpo para que pueda realizar la vuelta completa; registrar valores de las alturas y radios de giro correspondientes en una tabla (repitiéndola para distintas alturas y radios) y discutir los resultados obtenidos y los pronósticos realizados. <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">¿Podrías plantear otras experiencias que se puedan realizar con el péndulo para mostrar <span style="color: #000000; font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">la conservación de la Energía Mecánica?

<span style="color: #000000; font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">2. <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13px;">En los videos de los dibujos animados que siguen, aparecen situaciones que contradicen los principios energéticos. <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">A partir de estas situaciones “imposibles” ¿qué cuestiones podrías plantear para aplicarlas en una clase de física?

media type="youtube" key="ESHrwkFwxpw" height="390" width="640"

media type="youtube" key="t8xXkhGCyOE" height="390" width="640" <span style="color: #3366ff; font-family: verdana,geneva; font-size: 18.6667px;">LECTURA COMPLEMENTARIA <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">Descargar y leer el texto: **Equivalente entre el trabajo mecánico y el calor** <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">Para completar la información les proponemos leer el capítulo I “//Móvil primordial del universo//” el libro **//Energía//** de Mitchell Wilson de Colecciones Life. <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">Pueden acceder al libro completo en este sitio:
 * <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;"> [] **

Para saber un poco más: <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;"> <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">Biografía de James Joule
 * <span style="font-family: verdana,geneva; font-size: 13.3333px;">[] **