Energía mecánica

¿Qué es la energía mecánica?

Llamamos energía mecánica a la suma de la energía potencial y la energía cinética de un cuerpo. La cinética está asociada a la energía producida en movimiento, dependiendo de la masa y la velocidad del cuerpo. Por otro lado, la energía potencial depende de la posición del cuerpo dentro de un sistema.

La energía mecánica se rige por el llamado Principio de conservación de la energía. Este dice que esta energía permanece constante siempre y cuando las fuerzas que actúen sobre ella no le hagan perder energía. Si existe alguna fuerza no conservativa que afecta al sistema, se pierde energía y no se cumple este principio.

Fórmula de energía mecánica: ¿cómo calcular la energía mecánica?

La energía mecánica es una medida fundamental para poder comprender cómo se mueven e interactúan entre sí los objetos. Ahora bien, aunque ya hemos hablado acerca de la definición de energía mecánica, ¿cómo se calcula para poder trabajar con ella?

La fórmula para calcular la energía mecánica total es la siguiente:

E_m = E_c + E_p

Para comprender su funcionamiento, es necesario saber que las letras E_c representan a la energía cinética, mientras que E_p hace alusión a la energía potencial.

• La energía cinética se calcula aplicando la fórmula E_c = 1⁄2 mv², donde la letra ‘m’ es la masa del objeto en cuestión y la letra ‘v’ su velocidad.
• En cuanto a la energía potencial, se obtiene multiplicando ‘m’, la masa del objeto, por ‘g’ y ‘h’, la aceleración provocada por la fuerza de la gravedad y la altura sobre el punto de referencia respectivamente.

Es importante tener en cuenta que la energía mecánica se conserva en un sistema cerrado ideal, sin intervención de fuerzas como la fricción, lo que significa que la suma de energía cinética y potencial al inicio de un proceso será igual al final del mismo.

Tipos de energía mecánica

No existen diferentes tipos de energía mecánica, ya que se trata de la suma de dos energías. Eso sí, sí que existen diferentes tipos dentro de esas dos, que son los siguientes:

• Energía cinética: se define como la energía de un objeto o sistema en movimiento, dependiendo de su masa y velocidad. La fórmula para calcularla es “E_c = ½mv²”.
• Energía potencial: se define como la energía que se asocia a la posición de un cuerpo dentro de un sistema o campo de fuerza. La fórmula para calcularla es E_P = masafuerzaaltura o E_P = mgh. Los valores dependen del tipo de energía potencial:
  • Energía potencial gravitatoria: Posición con respecto a campos gravitatorios
  • Energía potencial química: Energía almacenada por los enlaces químicos
  • Energía potencial electrostática: Energía de un campo de fuerzas eléctricas
  • Energía potencial elástica: Producida en materiales elásticos al volver a su estado original.

Ejemplos de energía mecánica

Hay varios ejemplos de energía mecánica que son muy habituales. Suele aplicarse en trabajos o para transformar la energía en otras fuentes. Estos son los ejemplos más comunes:

• Molinos de viento: El viento mueve las aspas, que sirven para girar un engranaje que muele granos con el uso de la energía mecánica.
• Péndulo: El péndulo se mueve de un lado a otro gracias a la energía potencial gravitatoria y la energía cinética en la cual se transforma.
• Presa hidráulica: La energía potencial del agua al caer mueve una turbina, que produce energía cinética que a su vez se transformará en energía eléctrica.
• Trampolín de piscina: Combina el peso al saltar (energía potencial gravitatoria) con la energía potencial elástica del trampolín, que se deforma hacia abajo y lo impulsa hacia arriba. El bañista salta y cae a la piscina gracias a la energía potencial gravitatoria, que a su vez se convierte en energía cinética.

Principales problemas de la energía mecánica

La energía mecánica, un elemento esencial en estudios de dinámica y sistemas físicos, puede tener que hacer frente a algunos problemas que a menudo complican su análisis en sistemas reales. Esto hace que su estudio necesite de requisitos especiales. ¿Pero cuáles son los problemas de la energía mecánica que generan esto?

• La fricción disminuye la energía mecánica en sistemas en movimiento, convirtiendo parte de la energía cinética en calor y haciendo que no sea igual al final del proceso que al principio. Esto dificulta la conservación de la energía mecánica en aplicaciones prácticas ante la dificultad de calcular y compensar estas pérdidas.
• De forma similar a la fricción, la resistencia del aire transforma la energía cinética en otras formas de energía menos útiles. Esto se deja notar aún más a velocidades altas y en objetos de gran superficie.
• Los empujes o tracciones, fuerzas externas no conservativas que realizan trabajo sobre un sistema, alteran la energía mecánica total, por lo que pueden dificultar la aplicación de la ley de conservación de la energía mecánica.
• Además, es posible cometer errores en la medición. La falta de precisión en la medición de la masa, la velocidad o la altura influye de forma directa en el cálculo de la energía cinética y potencial, ¡por lo que hay que poner mucha atención en este sentido!