9. Manifestaci�n de la energ�a y su ley de la conservaci�n


Corresponde a la sesi�n de GA 7.9 ETERNAMENTE ETERNA

La energ�a siempre ha existido en el universo, la primera fuente de energ�a que el hombre tuvo, tiene y tendr� es la del sol, fundamental para la vida y a la vez generadora de otros tipos de energ�a.

La energ�a genera un trabajo cuando existe la transformaci�n de una forma de energ�a en otra, que es la que produce el trabajo; en realidad, porque los distintos trabajos son los que requieren diferentes formas de energ�a.

La energ�a puede ser:

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El sol produce luz y calor, por lo tanto existe una manifestaci�n de energ�a luminosa y calor�fica.

Los animales y el hombre al alimentarse de plantas asimilan de ellas la energ�a que contienen, por medio de procesos qu�micos que se producen en el interior de sus organismos, permitiendo desarrollar actividades o trabajos, en este caso, se manifiesta la energ�a qu�mica, porque transforma las sustancias alimenticias en funciones bioqu�micas.

Al realizar actividades o trabajos como: caminar, correr, brincar, saltar, el hombre y los animales manifiestan la energ�a mec�nica, la cual mientras est� guardada o latente para producir un trabajo se conoce como potencial, y en el momento que se utiliza para realizar la actividad se convierte en cin�tica.

Las ca�das de agua son fuentes de energ�a mec�nica natural y de ellas se aprovecha el hombre para generar electricidad por medio de las plantas hidroel�ctricas que instala en estos lugares, manifest�ndose de esta forma la energ�a el�ctrica en la cual existe un movimiento de electrones.

En algunas ocasiones la energ�a el�ctrica da lugar a vibraciones, las cuales producen sonido y dan lugar a la energ�a ac�stica.

Otra forma de energ�a es la at�mica, basada en el aprovechamiento de la energ�a generada por las transformaciones ocurridas en el n�cleo de los �tomos. Estas transformaciones reciben los nombres de fisi�n y fusi�n nuclear.

La fisi�n nuclear se presenta de manera natural o artificial, dando por resultado n�cleos de masa media, otras part�culas y energ�a.

Durante la fusi�n nuclear se unen varios n�cleos at�micos ligeros para formar n�cleos m�s pesados y estables, durante este proceso tambi�n se libera energ�a.

Trabajo mec�nico

Al tratar de mover un objeto pesado se aplica una fuerza y �ste recorre una distancia, es decir, se realiz� un trabajo mec�nico; para que exista �ste siempre se requiere de una fuerza y un desplazamiento.

Para obtener la cantidad de trabajo se aplica la f�rmula.

W = F�d

donde: W = trabajo

F = fuerza

d = desplazamiento o distancia

La unidad en que se expresa el trabajo es el joule (J), porque la fuerza se mide en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m)

come: W = F�d entonces:

W = N�m = joule (J)

Por lo tanto: W = joule

La energ�a que tiene almacenada un cuerpo so conoce come energ�a potencial, la cual se representa con Graphics, �sta se relaciona con la masa del cuerpo y la altura a la que se encuentra con respecto a un punto de referencia.

Por lo tanto, la Graphics es mayor cuanto mayor es la masa y la altura a la que se encuentra.

Esta energ�a se calcula con la f�rmula: Graphics = ph donde:

Graphics = energ�a potencial

p = peso

h = altura

La unidad de medida es el joule (J), porque el peso es una fuerza y se mide en newtons (N) y la altura se expresa en metros (m), quedando:

Graphics = N�m o sea, Graphics = joule

El peso se obtiene multiplicando la masa por la fuerza de gravedad (9.81 m/s�), es decir, p = mg, sustituyendo este valor en la f�rmula de energ�a potencial, queda:

Graphics = mgh

Ejemplo:

�Cu�l es la energ�a potencial de una roca que tiene una masa de 300 kg y cae de una altura de 5 m?

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Energ�a cin�tica

Todo cuerpo en movimiento posee energ�a cin�tica (Ec) la cual depende de la masa del cuerpo y de su velocidad.

Ejemplo:

Dos ciclistas con caracter�sticas de masa y peso iguales salen del punto de partida al mismo tiempo, Si uno de ellos llega primero a la meta es porque tiene mayor velocidad, �cu�l de los dos tiene mayor energ�a cin�tica?

El que tiene mayor velocidad.

La unidad en que se expresa la energ�a cin�tica es el joule. Para calcular la energ�a cin�tica se utiliza la siguiente f�rmula:

Graphics = 1/2 m V� o Graphics = mV�/2

donde:

Graphics = energ�a cin�tica

m = masa

V = velocidad

Ejemplo:

Se desea conocer la energ�a cin�tica de un autom�vil que pesa 1 200 kg y que corre a 25 m/s

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Como la cantidad de energ�a siempre es la misma antes y despu�s de que se desarrolle un fen�meno entonces se puede enunciar la siguiente ley:

"La energ�a no se crea ni se destruye, s�lo se transforma".

La energ�a puede transformarse de un tipo a otro, por ejemplo, al encender un radio se tiene energ�a el�ctrica, la cual se transforma en energ�a mec�nica y luego en ac�stica.

A continuaci�n se presenta un esquema de una hidroel�ctrica donde se puede apreciar a transformaci�n de la energ�a.

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Potencia

La rapidez con que se realiza un trabajo se conoce como potencia, �sta se puede obtener por medio de las siguientes expresiones:

P = W/t

P = F � d/t

P = F � V

donde:

P = potencia, W = trabajo, t = tiempo, F = fuerza, d = distancia, V = velocidad

Su unidad es el watt (W) que es igual a:

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Dos m�ltiplos muy utilizados son:

kilowatt (kW) = 1 000 watts

megawatt (MW) = 1 000 000 watts

que generalmente se usan para expresar la potencia el�ctrica.

Para expresar la potencias mec�nica es m�s usual utilizar a unidad denominada caballo de fuerza (hp) cuyas equivalencias son:

1 hp = 746 W = 0.746 kW

1 kW = 1.34 hp

Por ejemplo: una m�quina efect�a un trabajo de 7 850 joules en 5 minutos.

a) Encu�ntrese la potencia requerida.

b) �Cu�l es la potencia en caballos de fuerza? 1 hp = 746 W

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