Energía mecánica

energía mecánica

La energía mecánica es la energía asociada con el movimiento y la posición de un objeto, generalmente en algún campo de fuerza (por ejemplo, campo gravitacional). Los objetos tienen energía mecánica si están en movimiento y/o si están en alguna posición relativa a una posición de energía potencial cero (por ejemplo, una piedra sostenida en una posición vertical en relación con el suelo o en una posición de altura cero).

Se pueden dar numerosos ejemplos de cómo un objeto con energía mecánica puede aprovechar esa energía para aplicar una fuerza que provoque el desplazamiento de otro objeto. Un ejemplo clásico es el de la enorme bola de demolición de una máquina de demolición, siendo un objeto masivo que se balancea hacia atrás a una posición alta y se balancea hacia adelante hacia la estructura del edificio u otro objeto para demolerlo, al golpear la estructura, la bola de demolición le aplica una fuerza para hacer que la pared de la estructura se desplace.

En otras palabras, cualquier objeto llega a poseer energía mecánica cuando tiene la capacidad de realizar o hacer un trabajo que se debe a según sea su posición o movimiento. La energía mecánica puede tomar la forma de energía cinética, que es la energía debido al movimiento de un objeto, o energía potencial, que es la energía almacenada debido a la posición de un objeto.

Entonces si hablamos de energía mecánica podemos decir que:

Es el proceso de realizar el trabajo, el objeto que realiza el trabajo intercambia energía con el objeto sobre el que se realiza el trabajo. Cuando se realiza el trabajo sobre el objeto, ese objeto gana energía. La energía que adquieren los objetos con los que se trabaja es la que se conoce como energía mecánica, siendo así la energía mecánica, la energía que posee un objeto debido a su movimiento o debido a su posición.

Definición de energía mecánica

En las ciencias físicas, la energía mecánica es la suma de la energía potencial y la energía cinética. Es la energía macroscópica asociada a un sistema. El principio de conservación de la energía mecánica establece que en un sistema aislado que solo está sujeto a fuerzas conservadoras, la energía mecánica es constante. Si un objeto se mueve en la dirección opuesta a una fuerza neta conservadora, la energía potencial aumentará; y si la rapidez (no la velocidad) del objeto cambia, la energía cinética del objeto también cambia.

Los objetos tienen energía mecánica si están en movimiento y / o si se encuentran en alguna posición relativa a la superficie. Por ejemplo, una caja mantenida en una posición vertical sobre el suelo solo tendrá energía potencial. Un vehículo en movimiento posee la energía mecánica debido a su movimiento, es decir, energía cinética. Por tanto, podemos decir que una pelota de béisbol en movimiento posee energía mecánica debido tanto a su velocidad como a su posición vertical sobre el suelo.

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    Tipos de energía mecánica

    Si miramos de cerca la definición de energía mecánica, podríamos medir sus dos formas. Los objetos pueden estar en movimiento o permanecer en reposo en su posición. El movimiento es la cinética y la posición son las diversas energías potenciales. Un objeto que posee energía mecánica es capaz de trabajar. Cualquier objeto que posea energía mecánica, ya sea en forma de energía potencial o energía cinética, puede realizar un trabajo

    La forma de energía mecánica que poseen los objetos que están en movimiento, ya sea en movimiento horizontal o vertical, se llama energía cinética y puede presentarse de diversas formas. La primera forma es la energía cinética rotacional, la energía que se produce debido al movimiento rotacional. La segunda forma es la energía cinética vibratoria, que se genera debido al movimiento de vibraciones. La tercera es la energía cinética de traslación, la energía producida debido al movimiento de un lugar a otro.

    El tipo de energía mecánica que poseen los objetos en reposo, o debido a su posición, se llama energía potencial. También podría ser la energía almacenada que tiene un objeto. La energía potencial se presenta en tres formas: energía potencial gravitacional, energía potencial eléctrica y energía potencial elástica.

    La energía potencial gravitacional se refiere a la energía que se almacena en los objetos debido a su posición vertical, dicha energía se almacena debido a la atracción gravitacional de la Tierra hacia los objetos. La energía potencial eléctrica podría obtenerse cuando cargas diferentes o similares se repelen o atraen entre sí. La energía potencial elástica, por otro lado, se refiere a la energía que se almacena en los materiales elásticos debido al estiramiento y la compresión.

    Tanto la energía cinética como la potencial son componentes esenciales del universo. Afectan el movimiento y la posición de las partículas dentro del tejido del espacio-tiempo. La energía cinética, en particular, es importante porque afecta el movimiento de la materia, hasta el nivel atómico. Por otro lado, la energía potencial podría ayudar a determinar la forma de existencia de la materia a nivel atómico.

    Usos de la energía mecánica

    La energía mecánica tiene muchos usos, pero lo principal que hace la energía mecánica es permitir que un objeto aplique una fuerza sobre otro objeto para hacer que se desplace y, por lo tanto, sea útil. Las aplicaciones más comunes de la energía mecánica, como el suministro de agua, la agricultura, el procesamiento agrícola, la extracción de recursos naturales, la manufactura a pequeña escala y la movilidad, a menudo caen dentro del alcance de programas de otros sectores como el agua, la agricultura, el desarrollo empresarial o el transporte.

    Por ejemplo, los molinos de viento funcionan según el principio de energía mecánica y trabajo. El viento posee cierta cantidad de energía en forma de energía cinética. Esta energía le da al viento la capacidad de trabajar en las aspas del molino. Este aire en movimiento aplica fuerza sobre las palas y permite realizar el trabajo, lo que da como resultado su rotación. Por lo tanto, la energía mecánica le da al viento la capacidad de trabajar en las aspas.

    En las centrales hidroeléctricas, la electricidad se genera con la ayuda de agua corriente. Las centrales hidroeléctricas muestran un excelente ejemplo del uso de la energía mecánica para realizar trabajos. La energía mecánica que se ejerce al agua le permite a las palas trabajar; resultando en su rotación. Una vez que las palas se mueven, la turbina convierte la energía mecánica del agua en energía eléctrica.

    Los motores eléctricos están presentes en la mayoría de los aparatos domésticos como aspiradoras, licuadoras, lavadoras, ventiladores, acondicionadores de aire, entre otros. Los motores eléctricos generan energía eléctrica y la transforma en energía mecánica. Por ejemplo, cuando se enciende el ventilador, el motor eléctrico comienza a convertir la energía. La energía mecánica le da a las aspas del ventilador la capacidad de trabajar y, por lo tanto, comienzan a girar.

    Por otro lado, tener una fuente de agua potable limpia y confiable es esencial para mejorar la salud de una comunidad. Las demandas de energía mecánica para el suministro de agua incluyen el bombeo de agua potable, el riego de los cultivos y el abrevadero del ganado. Existe también una gran demanda de energía mecánica para el molido y el prensado, donde las tecnologías típicas de operación manual de uso generalizado son los molidos manuales y los martillos.

    La mayoría de los métodos tradicionales de extracción de recursos también involucran herramientas manuales, por lo que hay un espacio significativo para cierto grado de energía mecánica para aumentar la eficiencia y apoyar los medios de vida relacionados. Muchas personas en los países en desarrollo dependen de la generación de ingresos mediante la fabricación de productos, debido a la diversidad de procesos de fabricación existentes, las necesidades de energía mecánica son muy contextuales.

    Almacenamiento de la energía mecánica

    El almacenamiento de energía mecánica, en su forma más simple, es algo que se ha hecho durante mucho tiempo. El primer ejemplo es aproximadamente 300 años después de que se inventó la rueda. El almacenamiento de energía mecánica funciona en sistemas complejos que utilizan calor, agua o aire con compresores, turbinas y otra maquinaria, proporcionando alternativas robustas al almacenamiento de baterías electroquímicas.

    Los sistemas de almacenamiento de energía mecánica se encuentran entre los sistemas de almacenamiento de energía más eficientes y sostenibles. Hay tres tipos principales de sistemas de almacenamiento de energía mecánica: volante, hidro bombeado y aire comprimido. La elección del tipo de almacenamiento mecánico adecuado depende de los requisitos de cada aplicación, como el uso del volante para aplicaciones de corta duración.

    Conservación de la energía mecánica

    Según lo que hemos desarrollado podemos entender ahora que la suma total de la energía cinética y potencial de un objeto en cualquier momento dado es la energía mecánica total. La ley de conservación de la energía dice que "la energía no se puede crear ni destruir". Entonces, significa que, bajo una fuerza conservadora, la suma total de las energías cinética y potencial de un objeto permanece constante.

    El principio de conservación de la energía mecánica establece que la energía mecánica total en un sistema permanece constante siempre que las únicas fuerzas que actúan sean conservadoras (por ejemplo, gravedad, fuerza eléctrica). Las colisiones elásticas son un ejemplo donde se conserva la energía mecánica. Una buena forma de pensar en las fuerzas conservadoras es considerar lo que sucede en un viaje de ida y vuelta. Si la energía cinética es la misma después de un viaje de ida y vuelta, la fuerza es una fuerza conservadora, o al menos actúa como una fuerza conservadora.

    La fricción cinética, por otro lado, es una fuerza no conservadora, porque actúa para reducir la energía mecánica en un sistema. Teniendo en cuenta que las fuerzas no conservadoras no siempre reducen la energía mecánica; una fuerza no conservadora cambia la energía mecánica, por lo que una fuerza que aumenta la energía mecánica total, como la fuerza proporcionada por un motor o motor, también es una fuerza no conservadora.

    Hay muchas otras situaciones en las que las únicas fuerzas que actúan son fuerzas internas o conservadoras. En tales situaciones, la energía mecánica total del objeto no cambia. El término de trabajo externo se cancela y se conserva la energía mecánica. La conservación de la energía mecánica se aplica a un proceso mecánico en el que están ausentes la fuerza externa y las fuerzas internas no conservadoras.

    No hay fuerza externa en el sistema. Por tanto, el trabajo por fuerza externa es cero. No hay intercambio ni transferencia de energía a través del sistema. Por tanto, utilizamos un sistema aislado para aplicar la conservación de energía. Sin embargo, debemos tener en cuenta que la transferencia de energía de una forma a otra tiene lugar dentro del sistema, como resultado del trabajo realizado por la fuerza interna.

    La energía mecánica de un sistema aislado, ya sea un sistema físico o un sistema termodinámico, permanece constante en el tiempo siempre que el sistema esté desprovisto de fuerzas no conservadoras como la fricción. Aunque la energía mecánica no se pueda crear ni destruir en un sistema aislado, se puede convertir en otras formas de energía.

    Aunque sabemos que la energía se conserva una vez que se definen todas las formas posibles, no todas las formas de energía son igualmente útiles. Como se sabe, los objetos están formados por moléculas, lo que esto nos dice es que todas las moléculas del objeto se mueven coherentemente. Esto es lo que se entiende por energía mecánica. Cuando la fricción o el arrastre drena la energía cinética de un objeto macroscópico, lo que está haciendo es convertir la energía mecánica coherente del objeto en los movimientos aleatorios incoherentes de las moléculas del objeto.

    Ventajas y Desventajas de la energía mecánica

    Ventajas

    • Es uno de los más económicos de generar, entre todos los tipos de energía.
    • Afectó positivamente la forma en que se realizaban las tareas, reduciendo el trabajo manual y en otros casos anulándolos por completo.
    • La fuerza animal utilizada anteriormente fue reemplazada por máquinas.
    • El potencial de la fuerza a producir es mayor que la ejercida manualmente.
    • Depende de sí misma para generar la energía, por lo que es autónomo.
    • Acelera los procesos en los que habría que utilizar mucha fuerza humana.
    • Es más eficiente que el trabajo manual.
    • Este tipo de energía es de fácil acceso, su distribución y uso es muy económico en diferentes sectores.
    • Es una energía muy versátil, por lo que tiene múltiples aplicaciones y usos.
    • Es más cómodo y seguro, las máquinas han disminuido los riesgos laborales y los accidentes se han reducido.

    Desventajas

    • Existe un costo importante en el mantenimiento de las máquinas que aprovechan esta energía.
    • Las máquinas suelen ser muy pesadas, lo que abre algunos riesgos.
    • Las máquinas pueden volverse obsoletas con el tiempo y requerir reemplazo.
    • Mover maquinaria pesada a menudo representa un costo importante.
    • Se requiere formación y / o especialización para el uso de determinada maquinaria.
    • Con el tiempo, en algunos sectores las máquinas reemplazan a la mano de obra humana, lo que genera desempleo.
    • La transmisión de este tipo de energía a largas distancias es complicada.
    • Las fallas de la máquina son continuas y representan un costo de reparación o reemplazo.
    • Hay mayor desgaste a nivel térmico.
    • La interacción con las máquinas puede resultar un poco traumática y complicada para algunas personas.

    En resumen, los beneficios de la energía mecánica son evidentes en los proyectos de construcción, en los que muchas de las actividades involucran máquinas que levantan objetos pesados ​​y cortan materiales en pedazos más pequeños. El uso de energía mecánica también tiene inconvenientes, uno de los cuales es que las máquinas y los equipos requieren mantenimiento para mantenerlos en funcionamiento.

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