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• Alexander Eduardo Hernandez Ramos

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• Física Aplicada e Interdisciplinaria

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UNIVERSIDAD

L JORGE BASADRE

FACULTAD DE INGENIERÍA

ENERGIA

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INDICE PRIMER CAPITULO………………………………………………………….………3 1. ENERGIA MECANICA…………………………………………………….….4 1.1.

ENERGIA POTENCIAL Y CINETICA………………………………5 1.1.1. ENERGIA POTENCIAL……………………………………....5 1.1.2. ENERGIA CINETICA……………………………………….…7

SEGUNDO CAPITULO……………………………………………………………..10 2.1. LA DEGRADACION DE LA ENERGIA………………….……………....11 2.2. TRANSOFRMACION Y CONSERVACION DE LA ENERGIA………..11 2.2.1CONSERVACION DE LA ENERGIA MECANICA……………………..12 2.3 FUERZAS NO CONSERVATIVAS………………………………………..14 CONCLUSIONES…….……………………………………………………………...17 ANEXOS………………………………………………………………………………19 WEBGRAFIA……...………………………………………………………………….21

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INTRODUCCIÓN El término energía (del griego ἐνέργεια [enérgueia], ‘actividad’, ‘operación’; de ἐνεργóς [energós], ‘fuerza de acción’ o ‘fuerza trabajando’) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc. En física la energía es uno de los conceptos básicos debido a su propiedad fundamental: La energía total de un sistema aislado se mantiene constante. Por tanto en el universo no puede existir creación o desaparición de energía, sino transferencia de un sistema a otro o transformación de energía de una forma a otra.

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PRIMER CAPÍTULO

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En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. Su unidad es la misma que la del trabajo, en el SI, el julio (J). La materia posee energía como resultado de su movimiento o de su posición en

relación

con

las

fuerzas

que

actúan

sobre

ella.

La

radiación

electromagnética posee energía que depende de su frecuencia y, por tanto, de su longitud de onda. Esta energía se comunica a la materia cuando absorbe radiación y se recibe de la materia cuando emite radiación. La energía asociada al movimiento se conoce como energía cinética, mientras que la relacionada con la posición es la energía potencial. Por ejemplo, un péndulo que oscila tiene una energía potencial máxima en los extremos de su recorrido; en todas las posiciones intermedias tiene energía cinética y potencial en proporciones diversas. La energía se manifiesta en varias formas, entre ellas la energía mecánica, térmica, química, eléctrica, radiante o atómica. Todas las formas de energía pueden convertirse en otras formas mediante los procesos adecuados. En el proceso de transformación puede perderse o ganarse una forma de energía, pero la suma total permanece constante. 1. 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.

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1.1 ENERGIA POTENCIAL Y CINETICA

Un peso suspendido de una cuerda tiene energía potencial debido a su posición, puesto que puede realizar trabajo al caer. Una batería eléctrica tiene energía potencial en forma química. Un trozo de magnesio también tiene energía potencial en forma química, que se transforma en calor y luz si se inflama. Al disparar un fusil, la energía potencial de la pólvora se transforma en la energía cinética del proyectil. La energía cinética del rotor de una dinamo o alternador se convierte en energía eléctrica mediante la inducción electromagnética. Esta energía eléctrica puede a su vez almacenarse como energía potencial de las cargas eléctricas en un condensador o una batería, disiparse en forma de calor o emplearse para realizar trabajo en un dispositivo eléctrico. Todas las formas de energía tienden a transformarse en calor, que es la forma más degradada de la energía. En los dispositivos mecánicos la energía no empleada para realizar trabajo útil se disipa como calor de rozamiento, y las pérdidas de los circuitos eléctricos se producen fundamentalmente en forma de calor. 1.1.1. ENERGIA 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. 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

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nivel del suelo: ha cambiado su posición. En un muelle 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 muelle puede poner en movimiento una bola inicialmente en reposo. 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. Se define la energía potencial EP, a aquella que puede obtenerse en virtud de la posición del cuerpo, tal que el trabajo realizado por la fuerza conservativa entre dos posiciones, es igual a la disminución de la energía potencial, esto es, el trabajo realizado por una fuerza conservativa es igual al valor negativo del cambio de energía potencial asociada con la fuerza:

Se puede elegir una posición de referencia inicial y medir las diferencias de energía potencial respecto a ese punto y definir una función energía potencial en cualquier posición r como:

El valor de EPi generalmente no se conoce, por lo que se elige

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una posición arbitraria, donde por convención se le asigna el valor cero a la energía potencial inicial, EPi = 0, ya que por su definición, sólo tiene significado físico el cambio de energía potencial.

Esta

posición

arbitraria

se

llama

nivel

de

referencia y puede ser cualquiera, generalmente se toma como nivel de referencia la superficie de la Tierra o cualquier otra posición conveniente, pero una vez que se ha elegido no debe cambiarse. Con esta elección, se define la energía potencial en una posición r como:

Para las fuerzas no conservativas no existe una función de energía potencial, ya que el trabajo, que depende de la trayectoria, no es función de la posición inicial y final de la partícula.

1.1.2. ENERGIA CINETICA

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. Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, le produce una aceleración durante su desplazamiento. El trabajo realizado por la fuerza para mover al cuerpo es:

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Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, le produce una aceleración durante su desplazamiento. El trabajo realizado por la fuerza para mover al cuerpo es:

Por

la

segunda Ley

de

Newton se tiene:

reemplazando en

el

total,

trabajo se

obtiene:

La cantidad ½mv2, se llama energía cinética, Ec, es energía que se obtiene por el movimiento, es siempre positiva porque la rapidez está al cuadrado.

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Por lo tanto, el trabajo realizado por la fuerza resultante sobre una partícula es igual al cambio de energía cinética, enunciado que se conoce como el Teorema del Trabajo y la Energía. Cuando la rapidez es constante, no hay variación de energía cinética y el trabajo de la fuerza neta es cero. La unidad de medida de la energía cinética es el Joule, J.

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SEGUNDO CAPÍTULO

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2.1 LA DEGRADACION DE LA ENERGIA 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.

2.2 TRANFORMACION Y CONSERVACION DE LA ENERGIA 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 térmica (cuando la transformación está asociada a fenómenos caloríficos), de energía nuclear (cuando 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.

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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. 2.1.2. Conservación de la energía mecánica

Cuando una partícula se mueve por la acción de una fuerza conservativa, por el teorema del trabajo y la energía se tiene que el trabajo realizado por la fuerza es igual a la variación de energía cinética de la partícula:

Pero como la fuerza es conservativa, entonces W = -ΔEP, donde EP puede ser la energía potencial gravitacional, elástica o cualquier otra forma de energía potencial mecánica. Igualando ambas expresiones del trabajo se obtiene:

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esta ecuación representa la ley de conservación de la energía mecánica, que se puede escribir también de la siguiente forma:

Se puede definir la energía mecánica total como la suma de la energía cinética y la energía potencial:

entonces la conservación de la energía se escribe como:

La ley de conservación de la energía mecánica establece que la energía mecánica total de un sistema permanece constante si las únicas fuerzas que realizan trabajo sobre el sistema son conservativas. Cuando una cantidad física no cambia, decimos que se conserva. Decir que la energía se mantiene constante significa que la cantidad total de energía de un sistema natural no cambia, no se puede crear ni destruir energía, sólo se puede convertir de una forma a otra.

Es una de las leyes fundamentales de la Física, deducida a partir de una de las leyes fundamentales de la mecánica, la segunda ley de Newton. Si las fuerzas presentes en un sistema mecánico no son conservativas, como ocurre en los sistemas reales, la energía aparentemente no se conserva, porque se transforma en otro tipo de energía. Por ejemplo, la fuerza de roce se dice que es

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disipativa porque disipa energía, que se transforma en calor en la superficie de contacto entre los cuerpos. En efecto, se puede aplicar el teorema del trabajo y la energía tomando en cuenta la existencia de las fuerzas no conservativas.

Si WNC es el trabajo sobre una partícula de todas las fuerzas no conservativas y WC el trabajo de todas las fuerzas conservativas, entonces:

Como WC = -ΔEP entonces:

Es decir, el trabajo

realizado por todas las fuerzas no

conservativas es igual al cambio de energía mecánica total del sistema.

2.3. Fuerzas conservativas y no conservativas

Se llaman fuerzas conservativas aquellas para las cuales el trabajo realizado por las fuerzas para mover un cuerpo entre dos puntos por cualquier trayectoria arbitraria, no depende de la trayectoria que une los puntos. Las fuerzas que dependen de la posición son conservativas, por ejemplo: la gravitacional, elástica, electromagnética, etc. Suponer que una partícula se mueve, por la acción de una fuerza, desde una posición inicial P hasta otra

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posición final Q, por trayectorias arbitrarias 1 y 2, como se ve en la figura 5.4a. Si la fuerza es conservativa, entonces el trabajo para mover la partícula desde P a Q sólo depende de las coordenadas inicial y final de la partícula, esto es:

Si ahora la partícula se mueve desde P hasta Q por la trayectoria 1 y luego regresa desde Q hasta P por la trayectoria 2 (figura 5.4 b), se observa que en el regreso,

WQP(por trayectoria 2) = -WPQ(por trayectoria2), entonces:

Entonces, si la partícula regresa a su posición inicial, el trabajo realizado por una fuerza conservativa en una trayectoria cerrada es cero.

Por el contrario, las fuerzas no conservativas o fuerzas disipativas son

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aquellas para las cuales el trabajo realizado por las fuerzas para mover una partícula entre dos puntos, depende de la trayectoria que se realice para unir los puntos. Para las fuerzas no conservativas se tiene que, WPQ (por trayectoria 1) ≠ WPQ (por trayectoria 2). Las fuerzas de roce que siempre se oponen al desplazamiento, son no conservativas o disipativas, el trabajo de estas fuerzas es negativo y le hacen perder energía al sistema.

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CONCLUSIONES

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 Podemos decir que la emergía mecánica es una de las pocas energías que usamos diariamente, en nuestros quehaceres diarios, debido a que esta es una energía en que utilizamos todos los tipos de fuerzas, ya sean estas en reposo, en movimiento o que esta tenga reacciones oponentes, como por ejemplo la caída de un objeto, en la que está presente la segunda ley de newton; un calendario colgado, esta en reposo, lo cual representa la primera ley de newton: etc.  Al concluir este trabajo podemos observar lo importante que es la energía en la sociedad, también pudimos observar las diversas fuentes de energía como lo pueden ser la energía eólica, solar, atómica, química, térmica, radiante entre otros, la energía nos puede ayudar en diversas cosas desde darle energía a un molino hasta darle energía a un hogar.  la energía también se le puede proporcionar a un cuerpo móvil como lo es el ser humano , al calentarse un cuerpo quiere decir que se está gastando energía y es algo que podemos observar también en el trabajo como lo es la transferencia de energía

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ANEXOS

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WEB GRAFÍA http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa http://www.suagm.edu/umet/biblioteca/pdf/monografia2.pdf http://www.monografias.com/trabajos29/energia/energia.shtml http://html.rincondelvago.com/energia_46.html

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