Mecánica clásica
El Sistema Solar puede ser explicado con gran aproximación mediante la mecánica clásica, concretamente, mediante las leyes de Newton y la ley de la gravitación universal de Newton. Sólo algunas pequeñas desviaciones en el perihelio de mercurio que fueron descubiertos tardíamente no podían ser explicadas por las teoría de Newton y sólo pudieron ser explicados mediante la teoría de la relatividad general de Einstein.
La mecánica clásica es la ciencia que estudia las leyes del comportamiento de cuerpos físicos macroscópicos en reposo y a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. Existen varias formulaciones diferentes, en mecánica clásica, para describir un mismo fenómeno natural que, independientemente de los aspectos formales y metodológicos que utilizan, llegan a la misma conclusión.
La mecánica vectorial, deviene directamente de las leyes de Newton, por eso también se le conoce como «mecánica newtoniana». Es aplicable a cuerpos que se mueven en relación a un observador a velocidades pequeñas comparadas con la de la luz. Fue construida en un principio para una sola partícula moviéndose en un campo gravitatorio. Se basa en el tratamiento de dos magnitudes vectoriales bajo una relación causal: la fuerza y la acción de la fuerza, medida por la variación del momentum (cantidad de movimiento). El análisis y síntesis de fuerzas y momentos constituye el método básico de la mecánica vectorial. Requiere del uso privilegiado desistemas de referencia inercial.
La mecánica analítica (analítica en el sentido matemático de la palabra y no filosófico). Sus métodos son poderosos y trascienden de la Mecánica a otros campos de la física. Se puede encontrar el germen de la mecánica analítica en la obra de Leibniz que propone para solucionar los problemas mecánicos otras magnitudes básicas (menos
oscuras según Leibniz que la fuerza y el momento de Newton), pero ahora escalares, que son: laenergía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están relacionadas de forma diferencial. La característica esencial es que, en la formulación, se toman como fundamentos primeros principios generales (diferenciales e integrales), y que a partir de estos principios se obtengan analíticamente las ecuaciones de movimiento.
Índice [ocultar]
1 Aproximaciones de la mecánica clásica o
1.1 Aproximación empírica
o
1.2 Aproximación analítica
o
1.3 Ambas aproximaciones
2 Principios básicos e invariantes
3 Mecánica newtoniana
4 Mecánica analítica o
4.1 Mecánica lagrangiana
o
4.2 Mecánica hamiltoniana
5 Mecánica relativista y mecánica cuántica
6 Véase también
7 Referencias o
7.1 Bibliografía
Aproximaciones de la mecánica clásica[editar] La mecánica clásica fue concebida como un sistema que permitiera explicar adecuadamente el movimiento de los cuerpos relacionándolo con las causas que los originan, es decir, las
fuerzas. La mecánica clásica busca hacer una descripción tanto cualitativa ( ¿qué y cómo ocurre? ), como cuantitativa ( ¿en qué cantidad ocurre?) del fenómeno en cuestión. En este sentido, la ciencia mecánica podría ser construida desde dos aproximaciones alternativas :
la aproximación empírica
la aproximación analítica
Aproximación empírica[editar] Es aquella fundamentada en la experimentación, esto es, en la observación controlada de un aspecto previamente elegido del medio físico. Un ejemplo puede ayudar a entender este punto : Si dejamos caer una pelota de golf desde cierta altura y partiendo del reposo, podemos medir experimetalmente la velocidad que adquiere la pelota para diferentes instantes. Si despreciamos los efectos de la fricción del aire, podremos constatar que, dentro de las inevitables incertidumbres inherentes a las mediciones, la relación de velocidad (v) contra tiempo (t) se ajusta bastante bien a la función lineal de la forma:
donde g representa el valor de la aceleración de la gravedad (9,81 m/s², a nivel del mar y 45 grados de latitud). Así, esta es la aproximación empírica o experimental al fenómeno mecánico estudiado, es decir, la caída libre de un cuerpo.
Aproximación analítica[editar] En este caso se parte de una premisa básica (experimentalmente verificable) y, con la ayuda de las herramientas aportadas por cálculo infinitesimal, se deducen ecuaciones y relaciones entre las variables implicadas. Si volvemos al ejemplo anterior: Es un hecho de naturaleza experimental, que cuando se deja caer un cuerpo, la aceleración con la que desciende (si se ignora la fricción del aire) es constante e igual a g = 9,81 m/s². Por otra parte, se sabe que la aceleración (en este caso, g) se define matemáticamente como la derivada de la velocidad respecto del tiempo:
Por tanto, si se integra esta ecuación diferencial, sabiendo que en el inicio del movimiento (t = 0) la velocidad es nula (v = 0 ), se llega de nuevo a la expresión :
Así, esta la aproximación analítica o teórica al tema en discusión.
Ambas aproximaciones[editar]
La aproximación empírica establece relaciones entre variables de interés mediante la búsqueda de dependencias o relaciones matemáticas, a partir de resultados experimetales. La aproximación analítica establece relaciones entre variables de interés a partir de premisas y de las herramientas que proporciona el cálculo. Así, se busca derivar conclusiones y expresiones útiles a partir del razonamiento deductivo y el formalismo matemático. Si se extrema este argumento, la Mecánica Racional podría ser considerada una rama de las matemáticas, donde se juega con relaciones entre variables físicas, y se obtienen a partir de ellas ecuaciones útiles y aplicaciones prácticas.
Principios básicos e invariantes[editar] Artículos principales: Determinismo científico#El determinismo de la mecánica
clásica y Causalidad (física).
Trayectoria de una partícula y su posición
en función del tiempo.
Los principios básicos de la mecánica clásica son los siguientes: 1. El Principio de Hamilton o principio de mínima acción (del cual las leyes de Newton son una consecuencia). 2. La existencia de un tiempo absoluto, cuya medida es igual para cualquier observador con independencia de su grado de movimiento. 3. El estado de una partícula queda completamente determinado si se conoce su cantidad de movimiento y posición siendo estas simultáneamente medibles. Indirectamente, este enunciado puede ser reformulado por el principio de causalidad. En este caso se habla de predictibilidad teóricamente infinita: matemáticamente si en un determinado instante se conocieran (con precisión infinita) las posiciones y
velocidades de un sistema finito de N partículas teóricamente pueden ser conocidas las posiciones y velocidades futuras, ya que en principio existen las funciones vectoriales
que proporcionan las posiciones de las
partículas en cualquier instante de tiempo. Estas funciones se obtienen de unas ecuaciones generales denominadas ecuaciones de movimiento que se manifiestan de forma diferencial relacionando magnitudes y sus derivadas. Las funciones
se obtienen por integración, una vez conocida la naturaleza
física del problema y las condiciones iniciales. Es interesante notar que en mecánica relativista el supuesto (2) es inaceptable aunque sí son aceptables los supuestos (1) y (3). Por otro lado, en mecánica cuántica no es aceptable el supuesto (3) (en la mecánica cuántica relativista ni el supuesto (2) ni el (3) son aceptables).
Aunque la mecánica clásica y en particular la mecánica newtoniana es adecuada para describir la experiencia diaria (con eventos que suceden a velocidades muchísimo menores que la velocidad de la luz y a escala macroscópica), debido a la aceptación de estos tres supuestos tan restrictivos como (1), (2) y (3), no puede describir adecuadamente fenómenos electromagnéticos con partículas en rápido movimiento, ni fenómenos físicos microscópicos que suceden a escala atómica. Sin embargo, esto no es un demérito de la teoría ya que la simplicidad de la misma se combina con la adecuación descriptiva para sistemas cotidianos como: cohetes, movimiento de planetas, moléculas orgánicas, trompos, trenes y trayectorias de móviles macroscópicos en general. Para estos sistemas cotidianos es muy complicado siquiera describir sus movimientos en términos de la teorías más generales como:
La mecánica relativista, que va más allá de la mecánica clásica y trata con objetos moviéndose a velocidades relativamente cercanas a la velocidad de la luz). En mecánica relativista siguen siendo válidos los supuestos básicos 1 y 3 aunque no el 2.
La mecánica cuántica que trata con sistemas de reducidas dimensiones (a escala semejante a la atómica), y la teoría cuántica de campos (ver tb. campo) trata con sistemas que exhiben ambas propiedades. En mecánica cuántica son válidos los supuestos básicos 1 y 2, pero no el 3. Mientras que en teoría cuántica de campos sólo se mantiene el supuesto 1.
Mecánica newtoniana[editar] Artículo principal: Mecánica newtoniana
La mecánica newtoniana o mecánica vectorial es una formulación específica de la mecánica clásica que estudia el movimiento de partículas y sólidos en un espacio euclídeo tridimensional. Aunque la teoría es generalizable, la formulación básica de la misma se hace en sistemas de referencia inerciales donde las ecuaciones básicas del movimiento se reducen a las Leyes de Newton, en honor a Isaac Newton quien hizo contribuciones fundamentales a esta teoría. En mecánica vectorial precisamos de tres ecuaciones escalares, o una ecuación vectorial, para el caso más simple de una sola partícula:
y en el caso de sistemas formados por N partículas puntuales, el número de ecuaciones escalares es igual a 3N. En mecánica newtoniana también pueden tratarse los sólidos rígidos mediante una ecuación vectorial para el movimiento de traslación del sólido y otra ecuación vectorial para el movimiento de rotación del sólido:
Estas ecuaciones constituyen la base de partida de la mecánica del sólido rígido.
Mecánica analítica[editar] Artículo principal: Mecánica analítica
La mecánica analítica es una formulación más abstracta y general, que permite el uso en igualdad de condiciones de sistemas inerciales o no inerciales sin que, a diferencia de las leyes de Newton, la forma básica de las ecuaciones cambie. La mecánica analítica tiene, básicamente dos formulaciones: la formulación lagrangiana y la formulación hamiltoniana. Las dos llegan básicamente a los mismo resultados físicos, aunque la elección del enfoque puede depender del tipo de problema. El germen de la mecánica analítica puede encontrarse en los trabajos de Leibniz y en la definición de dos magnitudes escalares básicas: la energía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están relacionadas de forma diferencial por la ecuación del principio de fuerzas vivas:
Una propiedad notable de este principio es que siendo el movimiento general un fenómeno en varias dimensiones, parece misterioso que con dos magnitudes escalares relacionadas mediante una sola ecuación diferencial, podamos predecir la evolución de los sistemas mecánicos (en la mecánica vectorial precisamos de
ecuaciones siendo
el número de
partículas). Aunque las formulaciones lagrangiana y hamiltoniana son esencialmente equivalentes, siendo más conveniente un enfoque u otro según el objeto del análisis. Formalmente cabe señalar que la mecánica lagrangiana describe el movimiento de un conjunto de N partículas puntuales mediante coordenadas generales sobre el fibrado tangente del llamado espacio de configuración mediante un sistema de N ecuaciones diferenciales ordinarias de segundo orden. En cambio en mecánica hamiltoniana el movimiento se describe mediante 2N ecuaciones diferenciales de primer orden sobre una variedad simpléctica formada a partir del fibrado tangente mencionado. El conjunto de transformaciones de coordenadas que permitan resolver el problema es más amplio en mecánica hamiltoniana.
Mecánica lagrangiana[editar] Artículo principal: Mecánica lagrangiana
La mecánica lagrangiana tiene la ventaja de ser suficientemente general como para que las ecuaciones de movimiento sean invariantes respecto a cualquier cambio de coordenadas. Eso permite trabajar con sistema de referencia inerciales o no-inerciales en pie de igualdad. Para un sistema de n grados de libertad, la mecánica lagrangiana proporciona un sistema de n ecuaciones diferenciales ordinarias de segundo orden, llamadas ecuaciones del movimiento que permiten conocer como evolucionará el sistema. La forma explícita de las ecuaciones tiene la forma:
(*) Donde coordenadas generalizadas
es la expresión de lagrangiano en el sistema de . Aunque en general la
integración del sistema de ecuaciones (*) no es sencilla, resulta de gran ayuda reducir el número de coordenadas del problema buscando magnitudes conservadas, es decir,magnitudes que no varían a lo largo del tiempo. Las magnitudes conservadas también se suelen llamar integrales del movimiento y suelen estar asociadas a leyes de conservación comunes. En mecánica lagrangiana existe un modo muy elegante de buscar integrales de movimiento a partir del teorema de Noether. De acuerdo con este teorema cuando un lagrangiano es
invariante bajo un grupo de simetría uniparamétrico entonces cualquier generador del álgebra de Lie asociada a ese grupo uniparmétrico es proporcional a una magnitud conservada:
Así cuando un problema físico tiene algún tipo de simetría rotacional, su lagrangiano es invariante bajo algún grupo de rotación y tenemos que se conserva el momento angular.
Cuando un problema físico presenta simetría traslacional, es decir, cuando las fuerzas que actúan sobre un sistema de partículas son idénticas en cualquier posición a lo largo de una línea, tenemos que en esa dirección se conserva el momento lineal.
La ley de conservación de la energía está asociada a una simetría de traslación en el tiempo. Cuando las ecuaciones básicas de un sistema son iguales en todos los instantes del tiempo y los parámetros que determinan el problema no dependen del tiempo, entonces la energía de dicho sistema se conserva.
La mecánica lagrangiana puede generalizarse de forma muy abstracta e incluso ser usada en problemas fuera de la física (como en el problema de determinar las geodésicasde una variedad de Riemann). En esa forma abstracta la mecánica lagrangina se construye como un sistema dinámico sobre el fibrado tangente de cierto espacio de configuración aplicándose diversos teoremas y temas de la geometría diferencial.
Mecánica hamiltoniana[editar] Artículo principal: Mecánica hamiltoniana
Espacio de fases de un péndulo forzado. El sistema se hace caótico.
La mecánica hamiltoniana es similar, en esencia, a la mecánica lagrangiana, aunque describe la evolución temporal de un sistema mediante ecuaciones diferenciales de primer orden, lo cual permite integrar más fácilmente las ecuaciones de movimiento. En su forma canónica las ecuaciones de Hamilton tienen la forma:
Donde H es la función de Hamilton o hamiltoniano, y
son los pares de
coordenadas canónicas conjugadas del problema. Usualmente las variables tipo qi se interpretan como coordenadas generalizadas de posición y las pi como momentos asociados a las velocidades. Sin embargo, una característica notable de la mecánica hamiltoniana es que trata en pie de igualdad los grados de libertad asociados a la posición y a la velocidad de una partícula. De hecho en mecánica hamiltoniana no podemos distinguir formalmente entre coordenadas generalizadas de posición y coordenadas generaliadas de momento. De hecho se puede hacer un cambio de coordenadas en que las posiciones queden convertidas en momentos y los momentos en posiciones. Como resultado de esta descripción igualitaria entre momentos y posiciones la mecánica hamiltoniana admite transformaciones de coordenadas mucho más generales que la mecánica lagrangiana. Esa mayor libertad en escoger coordenadas generalizadas se traduce en una mayor capacidad para poder integrar las ecuaciones de movimiento y determinar propiedades de las trayectorias de partículas. Una generalización de la mecánica hamiltoniana es la geometría simpléctica, en esa forma la mecánica hamiltoniana es usada para resolver problemas no físicos, incluso para la matemática básica. Algunas generalizaciones y regeneralizaciones de la mecánica hamiltoniana son:
La geometría simpléctica
La geometría de contacto que propiamente es una generalización de la anterior.
La mecánica de Nambu que es una especie de mecánica hamiltoniana con varios hamiltonianos simultáneos.[cita requerida]
Mecánica relativista y mecánica cuántica[editar] La mecánica clásica se definía por tres supuestos básicos relativos al: 1. Principio de mínima acción. 2. El carácter absoluto del tiempo. 3. El determinismo en la medición de cualquier magnitud.
La mecánica relativista y la mecánica cuántica son generalizaciones en que se abandona alguno de los supuestos anteriores:
La mecánica relativista va más allá de la mecánica clásica y trata con objetos moviéndose a velocidades relativamente cercanas a la velocidad de la luz. En mecánica relativista siguen siendo válido los supuestos básicos 1 y 3 aunque no el 2.
La mecánica cuántica trata con sistemas de reducidas dimensiones (a escala semejante a la atómica), y la teoría cuántica de campos (véase también campo) trata con sistemas que exhiben ambas propiedades. En mecánica cuántica son válidos los supuestos básicos 1 y 2, pero no el 3. Mientras que en teoría cuántica de campos sólo se mantiene el supuesto 1.
Véase también[editar]
Comparación entre la expresión para la energía cinética de una esfera de acuerdo con la mecánica clásica y la mecánica relativista (aquí R es el radio, ω la velocidad angular y m0 la masa en reposo de la esfera.
Para una esfera en rotación los puntos sobre el eje no tienen velocidad de traslación mientras que los puntos más alejados del eje de giro tienen una velocidad
, a medida que esta
velocidad se aproxima a la velocidad de la luz la energía cinética de la esfera tiende a crecer sin límite. Esto contrasta con la expresión clásica que se da a continuación:
Paradójicamente, dentro de la teoría especial de la relatividad, el supuesto de que es posible construir un sistema rotar progresivamente más rápido un esfera sobre su eje, lleva a que los puntos más alejados del eje de giro alcancen la velocidad de la luz aplicando al cuerpo una cantidad finita de energía
. Lo cual revela que el supuesto no puede ser
correcto cuando algunos puntos de la periferia del sólido están moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz.
Energía cinética en mecánica cuántica[editar]
Comparación entre la expresión para la energía cinética de una esfera de acuerdo con la mecánica clásica y la mecánica relativista (aquí R es el radio, ω la velocidad angular y m0 la masa en reposo de la esfera.
Cinética enzimática
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Imagen generada por ordenador de un modelo de la estructura tridimensional de la enzima purina nucleósido fosforilasa bacteriana.
Para otros usos de este término, véase Cinética. La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. El estudio de lacinética y de la dinámica química de una enzima permite explicar los detalles de su mecanismo catalítico, su papel en elmetabolismo, cómo es controlada su actividad en la célula y cómo puede ser inhibida su actividad por fármacos o venenos o potenciada por otro tipo de moléculas.
La cinética química es un área de la fisicoquímica que se encarga del estudio de la rapidez de reacción, cómo cambia la rapidez de reacción bajo condiciones variables y qué eventos moleculares se efectúan mediante la reacción general (Difusión, ciencia de superficies, catálisis). La cinética química es un estudio puramente empírico y experimental; el área
La energía cinética es energía del movimiento. La energía cinética de un objeto, es la energía que posee como consecuencia de su movimiento. La energía cinética de un punto de masa m está dada por
Mas Detalle de su Desarrollo La energía como capacidad para realizar un trabajo es una moneda convertible. Para darle energía cinética a algo, debemos trabajar sobre ello. Este desarrollo usa el concepto de trabajo, así como la segunda ley de Newton y las ecuaciones del movimiento. Es un caso especial del principio trabajo-energía, un poderoso principio general de la naturaleza.
Concepto de cinética
La palabra cinética reconoce un origen griego. Proviene de la palabra “kinesis” que significa movimiento. En Física, la energía cinética es una energía de movimiento, que implica la fuerza (de gravedad, de fricción, muscular o de resistencia interna) que se necesita para provocar la aceleración de un cuerpo que se encuentra en estado de reposo, y ponerlo en movimiento. Ese movimiento se mantendrá en la mismadirección y con velocidad constante, salvo que sobre él gravite una fuerza externa. Para que ese cuerpo retorne al estado de reposo se requiere una fuerza opuesta o contraria, que debe ser igual a la cantidad de energía cinética que en ese momento tenga.
William Thomson, al que se conoce como Lord Kelvin, fue quien le dio el nombre de energía cinética, en 1849. Otras formas de energía pueden originar energía cinética, y a su vez la energía cinética puede producir otras energías. La cinetoquímica o cinética química es un rama de la Físico Química, de naturaleza experimental, cuyo objeto de estudio es la rapidez de reacción (de formación y descomposición) en condiciones variables y los eventos moleculares que se producen en la materia, la cual no es constante. Por ejemplo, en cuanto a la presión, si ésta aumenta y por lo tanto disminuye el volumen, las moléculas de las sustancias se acercan, lo que provoca el aumento de frecuencia de las colisiones, creciendo la velocidad de la reacción directa. La teoría de la cinética de gases los describe como muchas moléculas con movimiento caótico y aleatorio, donde la fuerza se produce sobre todo durante el choque.
Lee todo en: Concepto de cinética - Definición en DeConceptos.com http://deconceptos.com/cienciasnaturales/cinetica#ixzz3ZC1fpfWx
Energía mecánica y trabajo
La energía es una propiedad que se relaciona con los cambios o procesos de transformación en la naturaleza. Sin energía ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. La forma de energía asociada a las transformaciones de tipo mecánico se denomina energía mecánica y su transferencia de un cuerpo a otro recibe el nombre de trabajo. Ambos conceptos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos de forma más sencilla que usando términos de fuerza y constituyen, por ello, elementos clave en la descripción de los sistemas físicos. El estudio del movimiento atendiendo a las causas que lo originan lo efectúa la dinámica como teoría física relacionando las fuerzas con las características del movimiento, tales comoposición y velocidad.
La fuerza del viento (energía cinética) convertida en energía mecánica.
Es posible, no obstante, describir la condición de un cuerpo en movimiento introduciendo una nueva magnitud, la energía mecánica, e interpretar sus variaciones mediante el concepto de trabajo físico. Ambos conceptos surgieron históricamente en una etapa avanzada del desarrollo de la dinámica y permiten enfocar su estudio de una forma por lo general más simple. En el lenguaje ordinario energía es sinónimo de fuerza; en el lenguaje científico, aunque están relacionados entre sí, ambos términos hacen referencia a conceptos diferentes. Algo semejante sucede con el concepto de trabajo, que en el lenguaje científico tiene un significado mucho más preciso que en el lenguaje corriente. El movimiento, el equilibrio y sus relaciones con las fuerzas y con la energía, define un amplio campo de estudio que se conoce con el nombre de mecánica. La mecánica engloba la cinemática o descripción del movimiento, la estática oestudio del equilibrio y la dinámica o explicación del movimiento. El enfoque en términos de trabajo y energía viene a cerrar, pues, una visión de conjunto de la mecánica como parte fundamental de la física. La energía
Centrales para transformar energía.
El término energía es probablemente una de las palabras propias de la física que más se nombra en las sociedades industrializadas. La crisis de la energía, el costo de la energía, el aprovechamiento de la energía, son expresiones presentes habitualmente en los diferentes medios de comunicación social. ¿Pero qué es la energía? ¿Qué es la energía? La noción de energía se introduce en la física para facilitar el estudio de los sistemas materiales. La naturaleza es esencialmente dinámica; es decir, está sujeta a cambios: cambios de posición, cambios de velocidad, cambios de composición o cambios de estado físico, por ejemplo. Pues bien, existe algo que subyace a los cambios materiales y que indefectiblemente los acompaña; ese algo constituye lo que se entiende por energía. La energía es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos pueden transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad de energía que se pone en juego, se cede o se recibe. Las sociedades industrializadas que se caracterizan precisamente por su intensa actividad transformadora de los productos naturales, de las materias primas y de sus derivados, requieren para ello grandes cantidades de energía, por lo que su costo y su disponibilidad constituyen cuestiones esenciales.
El minúsculo átomo: enorme fuente energética
Transformación y conservación de la energía La energía se puede presentar en formas diferentes; es decir, puede estar asociada a cambios materiales de diferente naturaleza. Así, se habla de energía química cuando la transformación afecta a la composición de las sustancias, de energía térmicacuando la transformación está asociada a fenómenos caloríficos, de energía nuclearcuando los cambios afectan a la composición de los núcleos atómicos, de energía luminosa cuando se trata de procesos en los que interviene la luz, etc. Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan asociados, precisamente, transformaciones de una forma de energía en otra. Pero en todas ellas la energía se conserva; es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformación. Esta segunda característica de la energía constituye un principio físico muy general fundado en los resultados de la observación y la experimentación científica, que se conoce como principio de conservación de la energía. Otro modo de interpretarlo es el siguiente: si un sistema físico está aislado de modo que no cede energía ni la toma del exterior, la suma de todas las cantidades correspondientes a sus distintas formas de energía permanece constante. Dentro del sistema pueden darse procesos de transformación, pero siempre la energía ganada por una parte del sistema será cedida por otra. Esto es lo que sucede en el universo, que en su conjunto puede ser considerado como un sistema aislado. La degradación de la energía
La energía solo se transforma.
La experiencia demuestra que conforme la energía va siendo utilizada para promover cambios en la materia va perdiendo capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energía, la cual está relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energía concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa. Aun cuando la cantidad de energía se conserva en un proceso de transformación, su calidad disminuye. Todas las transformaciones energéticas asociadas a cambios materiales, acaban antes o después en energía térmica; ésta es una forma de energía muy repartida entre los distintos componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es peor. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce como degradación de la energía y constituye otra de las características de esta magnitud o atributo que han identificado los físicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y de sus transformaciones.
Toda transformación acaba en energía térmica.
La energía mecánica De todas las transformaciones o cambios que sufre la materia, los que interesan a la mecánica son los asociados a la posición y/o a la velocidad. Ambas magnitudes definen, en el marco de la dinámica de Newton, el estado mecánico de un cuerpo, de modo que éste puede cambiar porque cambie su posición o porque cambie su velocidad. La forma de energía asociada a los cambios en el estado mecánico de un cuerpo o de una partícula material recibe el nombre de energía mecánica. Energía potencial De acuerdo con su definición, la energía mecánica puede presentarse bajo dos formas diferentes según esté asociada a los cambios de posición o a los cambios de velocidad. La forma de energía asociada a los cambios de posición recibe el nombre de energía potencial.
Antes de salir expelida, la flecha tiene energía potencial, luego será energía cinética. en reposo.
La energía potencial es, por tanto, la energía que posee un cuerpo o sistema en virtud de su posición o de su configuración (conjunto de posiciones). Así, el estado mecánico de una piedra que se eleva a una altura dada no es el mismo que el que tenía a nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un resorte que es tensado, las distancias relativas entre sus espiras aumentan. Su configuración ha cambiado por efecto del estiramiento. En uno y otro caso el cuerpo adquiere en el estado final una nueva condición que antes no poseía: si se les deja en libertad, la piedra es capaz de romper un vidrio al chocar contra el suelo y el resorte (o muelle) puede poner en movimiento una bola inicialmente
En su nuevo estado ambos cuerpos disponen de una capacidad para producir cambios en otros. Han adquirido en el proceso correspondiente una cierta cantidad de energía que puede ser liberada tan pronto como se den las condiciones adecuadas. Energía cinética La forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de energía cinética. Un cuerpo en movimiento es capaz de producir movimiento; esto es, de cambiar la velocidad de otros. La energía cinética es, por tanto, la energía mecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o velocidad.
El trabajo que realiza el motor desplaza la nave.
La noción de trabajo En el lenguaje cotidiano, la palabra “trabajo” se asocia a todo aquello que suponga un esfuerzo físico o mental, y que por tanto produce cansancio. En física se produce trabajo sólo si existe una fuerza que al actuar sobre un cuerpo da lugar a su desplazamiento. Ver: Energía, fuerza y trabajo A modo de recapitulación La energía mecánica es aquella forma de energía que poseen los cuerpos capaces de producir movimiento en otros cuerpos. La energía mecánica involucra dos tipos de energía, según el estado o condición en que se encuentre el cuerpo. Estas formas de energía son: Energía potencial: es la energía que tienen los cuerpos que están en reposo y depende de la posición del cuerpo en el espacio: a mayor altura, mayor será su energía potencial. Por ejemplo, una roca que está en la punta de un cerro posee energía potencial. También poseen esta forma de energía un macetero que está en el balcón de un edificio, un cuadro colgado en la pared, etcétera. Energía en movimiento: trabajo mecánico.
Energía cinética: es la que posee todo cuerpo en movimiento. Por ejemplo, cuando se lanza una pelota, esta adquiere energía cinética. También poseen esta forma de energía una persona cuando corre, una cascada, un automóvil en marcha, etcétera. Relación
Existe relación entre la energía cinética y potencial, ya que cuando un cuerpo está en reposo, su energía cinética es cero y la potencial es máxima.
Esto significa que la energía potencial se puede transformar en cinética. Por ejemplo, la roca que está en la cima de un cerro posee energía potencial, pero si esta se desliza por la ladera del cerro, se transforma en energía cinética. De esto se deduce que cuando el cuerpo se desplaza, la energía potencial que está acumulada, va adquiriendo energía cinética. Por lo tanto, la energía mecánica es la suma de la energía potencial y la cinética.
