TRABAJO ENERGIA Y POTENCIA
TRABAJO: El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.El hombre o la máquina vence una resistencia, como por ejemplo cuando se levanta una caja.
Para medir el trabajo se relaciona la distancia en que se desplaza un cuerpo y la fuerza empleada. La unidad de trabajo es entonces el resultado del producto entre la unidad de fuerza por la de longitud. También hay que tener en cuenta la dirección de la fuerza que puede ser horizontal, vertical u oblicua.
Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.
Trabajo positivo y negativo
Se puede diferenciar un trabajo positivo de un trabajo negativo. Un trabajo positivo es aquel en el que el componente de la fuerza sigue la misma dirección que el desplazamiento mientras que es negativo si la fuerza se opone al desplazamiento. Por ejemplo, si levantamos una carga con una grúa, el trabajo es positivo, pero es negativo respecto a la fuerza gravitacional que ejerce la tierra.
La Energía es la capacidad que posee un cuerpo para realizar una acción o trabajo, o producir un cambio o una transformación, y es manifestada cuando pasa de un cuerpo a otro.Una materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en relación con las fuerzas que actúan sobre ella.
La energía se manifiesta continuamente a nuestro alrededor, y se presenta en la naturaleza bajo muchas formas; Energía Térmica o Calorífica
Es la energía que se intercambia entre dos cuerpos con diferentes temperaturas. El calor es una forma de energía que se transfiere de unos cuerpos a otros como consecuencia de la diferencia de temperatura existentes entre ellos.
Esta energía fluye siempre desde el cuerpo caliente al frío, hasta que ambos alcancen la misma temperatura. En ese momento cesa el flujo de calor de un cuerpo a otro, alcanzando lo que se llama equilibrio térmico.
Un tipo de esta energía sería la energía geotérmica, la energía contenida en forma de calor en el interior de la tierra.
Más información en este enlace: Que es la Energia Termica.
Energía Mecánica
Es la suma de la energía potencial y la energía cinética.
Em = Ec + Ep
La mayoría de las veces estos dos tipos de energía, cinética y potencial, están íntimamente relacionadas, por eso se agrupan en la energía mecánica. Veamos estos dos tipos de energía.
Energía Potencial: es un tipo de energía que depende de la posición del objeto.
Energía Potencial Gravitatoria: es la más famosa y la que poseen los cuerpos por estar a una determinada altura.
Un cuerpo que esta a una altura, por ejemplo el agua en la parte de arriba de una catarata, cuando cae tiene la posibilidad de realizar un trabajo al llegar abajo (golpeando una hélices, por ejemplo), por eso decimos que en la parte de arriba tiene una energía, energía potencial.
La energía potencial depende de la altura y de la masa del cuerpo:
Ep = m x g x h
m = masa del cuerpo
g = la gravedad, en el caso de la tierra siempre es la misma.
h = altura del cuerpo
Dentro de este tipo de energía (potencial) tenemos otra energía potencial, llamada energía potencial elástica, que es aquella que tienen los muelles cuando están comprimidos. Si liberamos el muelle realizará un trabajo empujando al cuerpo, lo que quiere decir que poseía energía, energía potencial elástica.
Para calcular este tipo de energia se utiliza la siguiente fórmula:
Epe= 1/2 x K x X2 donde K es una constante del muelle y X es la distancia que se comprime el muelle.
Otro tipo de energía potencial es la energia potencial electrica. Es la que tiene una carga eléctrica cuando la situamos dentro de un campo eléctrico. Esta energía dependerá de la posición de la carga dentro del campo, por eso también es energía potencial. Si quieres saber más sobre este tipo de energía pincha sobre el enlace anterior subrayado en rojo.
Energía Cinética: Es la energía que poseen los cuerpo en movimiento.
Imagina un cuerpo en movimiento, si en su movimiento se encuentra un obstáculo y lo golpea, desplazará el obstáculo, lo que quiere decir que tenía energía, energía cinética o de movimiento.
Cuando un cuerpo lo aceleramos (suministramos energía) le estamos dando energía cinética, energía de movimiento.
Lógicamente la energía cinética dependerá de la velocidad del cuerpo y de su masa.
Ec = 1/2 mv2
Donde m = la masa del cuerpo y v= su velocidad.
Para más información de estos dos tipos de energía os recomendamos el siguiente enlace: Energia Cinetica y Potencial.
De la energía mecánica se derivan muchas otras:
- Energía Hidráulica: la energía contenida en el agua cuando esta a una altura y se aprovecha para convertirla en otro tipo de energía, por ejemplo en las centrales hidráulicas.
-Energía Mareomotriz: aprovechar la energía de las mareas para convertirla en otro tipo de energía, por ejemplo en una central mareomotriz (ver el enlace anterior para más información).
- Energia Eolica: la energía contenida en el viento. Más aqui: Energia Eolica.
- Energía Luminosa: Cuando un rayo de luz viaja de un punto a otro. Puedes saber más sobre este tipo de energía en el siguiente enlace: Energía Luminosa.
Energía Química
En una reacción química puede haber desprendimiento o absorción de energía.
Reacciones exotérmicas: aquellas en las que se desprende (emite) energía al producirse la reacción química.
Reacciones endotérmicas: aquellas en la que se necesita absorber energía del exterior para que se produzca la reacción química.
Energía Eléctrica
Es la energía asociada a la corriente eléctrica, o lo que es lo mismo a las cargas (electrones) en movimiento.
Por ejemplo, la corriente eléctrica al atravesar una lámpara, la energía contenida en la corriente eléctrica (electrones en movimiento) se convierte en luminosa y calorífica en la bombilla.
Energía Nuclear
Es la energía que se obtiene al producir cambios en el núcleo de un átomo.
Los átomos tienen en su núcleo una fuerzas que hacen que el núcleo se mantenga unido. Si modificamos esas fuerzas, por ejemplo rompiendo el núcleo, se obtendría energía. Este tipo de energía es de las mayores que existen.
Hay dos formas e generar energía nuclear:
- Fisión Nuclear: rompiendo el núcleo del átomo se libera gran cantidad de energía en forma de luz y calor. Este forma de energía es la que se utiliza para las centrales nucleares.
- Fusión Nuclear: se consigue uniendo dos núcleos de dos átomos para obtener un átomo mayor. Esta reacción genera gran cantidad de energía en la unión. Un ejemplo en el que se utiliza este tipo de energía es con la bomba atómica o bomba H (de hidrógeno).
Si quieres saber más sobre la energía nuclear te recomendamos este enlace:Energia Nuclear.
Energía Magnética
Esta es la que poseen los imanes. Si acercamos un cuerpo metálico a un imán, este es atraído por el imán, produciéndose un trabajo, lo que quiere decir que tenemos energía, en este caso energía magnética.
Si quieres saber más sobre los campos magnéticos te recomendamos el siguiente enlace: Campo Magnetico.
Energía Electromagnética
También llamada radiante, es la energía almacenada en un región de espacio donde existen cuerpo con cargas eléctrica y magnéticas, o lo que es lo mismo un campo electromagnético.
La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Por ejemplo la energía del Sol que nos llega a la tierra en forma de calor y luz.
Otros ejemplos que contienen este tipo de energía son: la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc.
Por ejemplo la energía fotovoltaica es aquella que aprovecha la luz del sol para transformarla en energía eléctrica mediante paneles solares fotovoltaicos.
Si quieres más información te recomendamos este enlace: Ondas Electromagnéticas.
Energía del Sonido
Es una energía de vibración, ya que el sonido está formado por ondas sonoras, que son oscilaciones que se propagan en un medio, que puede ser gaseoso (el aire) sólido (madera por ejemplo) o líquido (el agua).
Energía de los Seres Vivos o Metabólica
En nuestro cuerpo tenemos unos 50 millones de células que necesitan energía para su funcionamiento y para que el cuerpo del ser vivo siga funcionando. Cada célula produce energía en las mitocondrias, consideradas las centrales energéticas de la célula.
El cuerpo transforma lo que comemos en agua, dióxido de carbono y en energía, utilizando el oxígeno de la respiración.
La energía que obtenemos mediante la alimentación o el sol (vegetales), el cuerpo la transforma en mecánica (movimiento), térmica (calor del cuerpo) y eléctrica (transmisión de los impulsos nerviosos).
Este tipo de energía también se llama energía metabólica por que el metabolismo es el requerimiento humano de energía.
Energía iónica
Es la energía necesaria para separar un electrón del atomo, por ejemplo para producir corriente eléctrica. Fíjate en la siguiente imagen:
Al ser el átomo eléctricamente neutro (sin carga), al separar el electrón el átomo se convierte en un ión positivo, con carga positiva, ya que le hemos quitado una carga negativa.
Qué es la potencia?
Así como la palabra energía, potencia es una palabra que escuchamos mucho. En la vida cotidiana tiene una amplia gama de significados. Sin embargo, en la física tiene uno muy específico. Es una medida de la tasa a la que se realiza un trabajo (o del mismo modo, a la que se transfiere energía).
La capacidad de medir con precisión la potencia fue una de las habilidades claves que permitió a los primeros ingenieros desarrollar los motores de vapor, lo que condujo a la Revolución Industrial. Sigue siendo esencial para la comprensión de cómo hacer mejor uso de los recursos energéticos que movilizan al mundo moderno.
¿Cómo medimos la potencia?
La unidad estándar para medir la potencia es el watt, que tiene el símbolo . Su nombre se debe al inventor y empresario escocés del siglo XVII, James Watt. Probablemente te has encontrado la palabra "watts" a menudo en la vida cotidiana. La potencia de equipos eléctricos tales como bombillas o estéreos se anuncia generalmente en watts.
Por definición, un watt es igual a un joule de trabajo realizado por segundo. Así que, si representa la potencia en watts, es el cambio de energía (número de joules) y es el tiempo medido en segundos, entonces:
También hay otra unidad de energía que sigue siendo ampliamente utilizada: el caballo de fuerza. Generalmente la representamos con el símbolo hp, y tiene sus orígenes en el siglo XVII, donde se refería a la potencia de un caballo típico utilizado para activar un cabrestante. Desde entonces, un caballo de fuerza métrico (también conocido como "caballo de vapor") se ha definido como la potencia necesaria para levantar una masa de una distancia de 1 metro en 1 segundo. ¿Así que cuánta potencia es esto en watts?
Bueno, sabemos que cuando se levanta contra la gravedad, una masa adquiere una energía potencial gravitatoria . Así que sustituyendo estos números, tenemos:
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