Introducción El término energía está
relacionado fundamentalmente con movimiento, ya que esta no es
más que la capacidad de producir un movimiento. Siendo
esta la que ejerce sobre un cuerpo u objeto, fuerzas entre varios
cuerpos. Si las fuerzas ocasionan variaciones temporales
microscópicas y desordenadas, hay transmisión de
energía de calor, por otro lado, si las variaciones son
macroscópicas ordenadas hay transmisión de
energía en forma de trabajo. A continuación se
profundizará acerca de la energía y de la manera en
cómo se transfiere, luego de varias investigaciones en los
distintos recursos energéticos apunta, junto a las
energías convencionales, como el carbón,
petróleo, hacia dos nuevas fuentes fundamentales como lo
son la energía solar, nuclear, eólica,
hidroeléctrica, entre otras. Estas pertenecen a las
energías renovables y no renovables respectivamente.
3
Energía La energía en términos
físicos se define como aquella capaz de producir un
determinado trabajo. Las diversas fuentes de energía se
clasifican en renovales y no renovables, las renovables son todas
aquellas que llegan de forma continua a la superficie de la
tierra y que además son inagotables. En cambio, las
fuentes de energía no renovables son aquellas que se
encuentran en cantidades limitadas y las reservas de estos
disminuyen al consumirlas. Dentro de las fuentes renovables se
encuentra la energía solar, eólica,
hidroeléctrica, mareomotriz, biomasa, geotérmica.
La energía no renovable está constituida por el
petróleo, carbón, gas natural y nuclear. ?
Energía Renovable: ? Energía Solar: La
energía solar es la energía que proporciona el sol
a través de sus radiaciones y que se difunde, directamente
o de modo difuso, en la atmósfera. El Sol, fuente de vida
y origen de las demás formas de energía que el
hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede
satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo
aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama
sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco
mil millones de años, y se calcula que todavía no
ha llegado ni a la mitad de su existencia. Ventajas de la
energía: -Es inagotable y abundante en nuestro
país. -Es garantía de suministro energético
durante todo el año. -No es contaminante. -Ahorra
combustible. Es la energía más económica.
-Tiene bajo costo de inversión. -Sin ruidos y sin olores.
-Es ecológica y limpia, lo que redunda en beneficio de
todos. -La instalación es sencilla y de fácil
integración dentro de la vivienda. -Soporta cualquier tipo
de agua por muy calcárea que sea. -No es peligrosa para el
usuario. Aplicaciones: La aplicación de energía
solar más importante es la que se relaciona con la
electricidad. Si recogemos de forma adecuada la radiación
solar podemos obtener electricidad y así iluminar nuestra
vivienda como dar funcionamiento a distintos
electrodomésticos; la electricidad obtenida puede usarse
de manera directa o bien ser almacenada en acumuladores para
luego utilizarse en horas nocturnas o en días que carecen
de la presencia del Sol. Esta aplicación de energía
solar puede llevarse a cabo gracias a la existencia de los ya
conocidos paneles solares, estos se perfilan hoy como la
solución definitiva al problema de electrificación
rural. Los mismos cuentan con partes móviles, no
contaminan ni producen ruido, son inalterables con el correr de
los años, no consumen combustible alguno y no necesitan de
tareas de mantenimiento; los más tecnológicos son
capaces de 4
captar la radiación solar en los días nublados,
pero estos son ya mucho más costosos que los paneles
convencionales. Además de la obtención de calor y
electricidad, existen diversas aplicaciones de la energía
solar, entre ellas podemos nombrar: calentamiento de agua,
destilación, evaporación y fotosíntesis. Los
paneles fotovoltaicos: Los paneles fotovoltaicos están
formados por numerosas celdas que convierten la luz en
electricidad. Las celdas a veces son llamadas células
fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas dependen del
efecto fotovoltaico por el que la energía luminosa produce
cargas positiva y negativa en dos semiconductores próximos
de diferente tipo, produciendo así un campo
eléctrico capaz de generar una corriente. Los paneles
fotovoltaicos, además de producir energía que puede
alimentar una red eléctrica terrestre, pueden emplearse en
vehículos eléctricos y barcos solares. Debido a
economías de escala, los paneles solares se hacen menos
costosos según se usen y fabriquen más. A medida
que se aumente la producción, los precios
continuarán bajando en los próximos años ?
Energía Eólica: Es la energía obtenida del
viento, es decir, la energía cinética generada por
efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras
formas útiles para las actividades humanas. Esta es usada
para hacer girar molinos especiales acoplados a un generador que
produce energía eléctrica. Ventajas de la
energía: -Procede indirectamente del sol, que calienta el
aire y ocasiona el viento. -Es una fuente de energía
segura, renovable e inagotable. -Es limpia, ya que no produce
emisiones a la atmósfera ni genera residuos. -Se trata de
instalaciones móviles y fácilmente reversibles,
permite recuperar las zonas totalmente. -Es económica
puesto que no necesita ningún tipo de combustible. -Se
crean puesto de trabajo. -Rápido tiempo de
construcción. Desventajas de la energía: -No
sustituye totalmente las fuentes de energía no renovables.
Es más. Necesita del apoyo de centrales movidas por otros
tipos de energía. -Produce un impacto visual, debido a que
su instalación genera modificación del paisaje.
-Ocasiona un impacto en las aves, ya que su mortalidad incrementa
por el choque con les hélices o al electrocutarse.
-Impacto sonoro, las hélices con el aire producen un ruido
constante y las casas deben estar por lo menos a 200 metros de
distancia. 5
Aplicaciones: Existen dos tipos de instalaciones eólicas,
las cuales se encargan de realizar el proceso de
conversión de la energía eólica en
electricidad. -Aisladas: se emplea generar electricidad en
lugares remotos para autoconsumo, no es raro que estas
instalaciones vayan acompañadas con paneles solares o
fotovoltaicos. -Parques eólicos: están formados por
un conjunto de aerogeneradores, cuya energía generada
será vendida a la red de la electricidad en la comunidad.
El desarrollo tecnológico actual así como un mayor
conocimiento de las condiciones del viento en las distintas
zonas, está permitiendo la instalación de parques
eólicos conectados a la red eléctrica en numerosas
regiones de todo el mundo. ? Energía
Hidroeléctrica: El agua es uno de los grandes recursos
energéticos con que contamos. La energía
hidroeléctrica es la que proviene del aprovechamiento de
la energía potencial acumulada en el agua y que al caer
desde cierta altura se convierte en energía
cinética, una vez ha caído, una buena parte de
dicha energía cinética se transforma en
energía eléctrica por medio de los transformadores
conectados a las turbinas. Finalizado el proceso, la electricidad
ya está lista para ser distribuida. Ventajas de la
Energía: -Es un tipo de energía verde. -Tiene la
cualidad de ser renovable, pues no agota la fuente primaria al
explotarla. -Es limpia, porque no produce en su
explotación sustancias contaminantes. Desventajas de la
Energía: Al construir grandes presas se origina un gran
impacto paisajístico, ya que exige el traslados de pueblos
enteros y sepulta bajo sus aguas tierras de cultivo.
Además de modificar el caudal del río.
Aplicaciones: La energía hidroeléctrica se emplea
en las centrales hidroeléctricas, más bien estas se
encargan de transformarla, pueden ser de dos tipos: -Centrales de
aguas fluyentes: Aquellas instalaciones que mediante una obra de
toma, captan una parte del caudal del río y lo conducen
hacia la central para su aprovechamiento, para después
devolverlo al cauce del río. -Centrales de pie de presa:
Son los aprovechamientos hidroeléctricos que tienen la
opción de almacenar las aportaciones de un río
mediante un embalse. En estas centrales se regulan los caudales
de salida para utilizarlos cuando se precisen. ? Energía
Mareomotriz: Es la que se obtiene aprovechando las mareas, es
decir, la diferencia de altura media de los mares según la
posición relativa de la Tierra y la Luna, y que resulta de
la atracción gravitatoria de esta última y del Sol
sobre las masas de agua de los mares. Esta diferencia de alturas
puede aprovecharse poniendo partes móviles al proceso
natural de ascenso o descenso de las aguas, junto con mecanismos
de canalización y depósito, para obtener movimiento
en un eje. 6
Ventajas de la energía: -Es auto renovable. -No
contaminante. -Silenciosa -Bajo costo de materia prima. -No
requiere de muchos operarios. -Disponible en cualquier clima y
época del año, ya que las mareas se producen
siempre. Desventajas de la energía: -Impacto visual y
estructural sobre el paisaje costero. -Localización
puntual, ya que no todos los lugares son aptos para ubicar una
central mareomotriz. -Dependiente de la amplitud de las mareas,
si éstas son bajas no serán aptas. -El traslado de
la energía es muy costoso. -El efecto negativo sobre la
flora y la fauna. -Es limitada, porque no todos los recursos del
mar pueden ser explotables. Aplicaciones: La utilización
de las mareas como fuente de energía montaba varios
siglos. Los ribereños de los ríos costeros ya
habían observado corrientes que hacían girar las
ruedas de sus molinos (a partir del siglo XII), que eran
construidos a lo largo de las orillas de algunos ríos del
oeste de Francia y otros países en los cuales las mareas
vivas son de cierta intensidad. Aún pueden verse algunos
de estos molinos en las costas normandas y bretonas francesas.
Los progresos de la técnica provocaron el abandono de
máquinas tan sencillas de rendimiento, hoy escaso. ?
Energía de la Biomasa: Es un tipo de energía
procedente del aprovechamiento de la materia orgánica e
inorgánica formada en algún proceso
biológico o mecánico, generalmente, de las
sustancias que constituyen los seres vivos plantas, ser humano,
animales, entre otros, o sus restos y residuos. El
aprovechamiento de la energía de la biomasa se hace
directamente por combustión, o por transformación
en otras sustancias que pueden ser aprovechadas más tarde
como combustibles o alimentos. Ventajas de la energía:
-Con la biomasa se puede generar energía térmica,
energía eléctrica e incluso mecánica
mediante el uso de hidrocarburos en motores de combustión
interna. -El contenido de azufre en la biomasa es casi nulo, por
ello las emisiones de dióxido de azufre, que junto con las
de óxidos de nitrógeno son causante de la lluvia
ácida, son mínimas. -El aprovechamiento de la
algunos tipos de biomasa (principalmente la forestal y los
cultivos energéticos) contribuyen a la creación de
puestos de trabajo en el medio rural. 7
Desventajas de la energía: -Los rendimientos de las
calderas de biomasa son inferiores a los de las que usa un
combustible fósil líquido o gaseoso. -Se
está quemando la madera y destruyendo los bosques a un
ritmo mayor al que se reponen, causándole daños al
ambiente, tales como la deforestación y pérdida de
la biodiversidad. -Los canales de distribución de la
biomasa no están tan desarrollados como los de los
combustibles fósiles. Aplicaciones: Las aplicaciones de la
biomasa se pueden englobar en dos grupos: -Las aplicaciones
domesticas e industriales que funcionan mediante la
combustión directa de la biomasa. -Las aplicaciones
vincularas a la aparición de nuevos recursos y nuevas
técnicas de transformación, como la
gasificación y la pirolisis de la biomasa. ?
Energía Geotérmica: Es aquella energía que
puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del
interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe
a varios factores, entre los que cabe destacar el gradiente
geotérmico, el calor radio génico. Ventajas de la
energía: -Su impacto ambiental es mínimo. -Tiene un
rendimiento que le permite competir con el petróleo.
Desventajas de la energía: -Requiere de grandes
inversiones. -Los campos geotérmicos son relativamente
escasos y muchas veces se ubican en zonas desfavorables.
Aplicaciones: Entre sus aplicaciones sobresalen las plantas
geotérmicas, son aquellas que utilizan como fuente de
generación eléctrica la energía almacenada
en el interior de la tierra en forma de calor (vapor). Para mover
las turbinas se utiliza sólo el vapor de agua, al cual se
le debe eliminar toda la humedad y cualquier partícula
sólida. Es una planta de vapor donde la caldera ha sido
reemplazada por el reservorio geotérmico y en donde la
fuente energética, para producir electricidad, es
suministrada por el calor de la Tierra, en vez de petróleo
u otro combustible. ? Energía no renovable: ?
Petróleo: Es una mezcla heterogénea de compuestos
orgánicos, principalmente hidrocarburos insolubles en
agua. También es conocido como petróleo crudo o
simplemente crudo. El petróleo, de inmensas reservas en
nuestro país, es actualmente una de las principales
fuentes de energía mundial. Es un liquido oleoso y de
color oscuro, menos denso que el agua, el cual está
constituido por 8
una mezcla compleja de hidrocarburos, líquidos,
sólidos y gaseosos en disolución y pequeñas
cantidades de compuestos que contienen oxígeno,
nitrógeno y azufre. Actualmente las refinerías y
las industria petroquímica extraen del petróleo
diferentes productos para distintas aplicaciones: gas licuado,
gasolina, diesel, aceites lubricantes, además de numeroso
subproductos que sirven para fabricar entre otros, pinturas,
detergentes, plásticos, cosméticos y fertilizantes.
Extracción y refinado del petróleo: El
petróleo se localiza a profundidades que varían
entre los 500 metros y los 4000 metros. Su extracción es
mediante pozos que se perforan en la tierra hasta que se alcanzan
las bolsas petrolíferas. Se calcula que, de continuar el
actual ritmo de extracción, el petróleo se agotara
en unos doscientos años. El crudo, extraído de los
campos petrolíferos, no es utilizado directamente como
fuente de energía, por lo que es sometido en las
refinerías a una serie de operaciones que permiten su uso.
En ellas son separados los distintos componentes por
destilación fraccionada. Aplicaciones: Luego de
transformar el petróleo, se obtienen los siguientes
productos: gases que se emplean como gas domestico, combustible,
petroquímica; gasolina se usa como combustible para
motores; gasóleo como combustible diesel,
calefacción, craqueo para gasolina; keroseno como
combustible para avión y alumbrado; lubricantes se emplean
para lubricar automóviles y maquinas como también
en pomadas; naftas en la elaboración de disolventes y en
la petroquímica y como residuo el asfalto, parafina e
impermeables. ? Carbón: Es una de las principales fuentes
de energía, siendo un combustible fósil muy rico en
carbono. El se origina por la acumulación, en zonas
pantanosas, de vegetales muertos durante el período
carbonífero de la era Primaria de nuestro planeta. Estos
vegetales a lo largo del tiempo han sufrido el encierro en el
subsuelo terrestre, experimentando cambios de presión,
temperatura y ausencia de oxígeno lo que ha posibilitado
la acción de reacciones químicas que los han
transformado en variados tipos de carbón mineral. Tipos de
carbón: Según las presiones y temperaturas que los
hayan formado distinguimos distintos tipos de carbón:
turba, lignito, hulla y antracita. A mas altas las presiones y
temperaturas, se origina un carbón más compacto y
rico en carbono y con mayor calorífico. -Turba: es poco
rica en carbono y muy mal combustible. -Lignito: es mal
combustible, aunque se usa en algunas centrales térmicas.
-Hulla: es más rica en carbono y tiene un alto poder
calorífico, es muy usada en las plantas de
producción de energía. 9
-Antracita: es el carbón dotado de mejor calidad, ya que
es muy poco contaminante y tiene un alto poder calorífico.
Reservas de carbón: Este mineral es una fuente de
energía alterna, el cual puede ser aprovechado
especialmente, para hacer funcionar plantas térmicas de
energía eléctrica. El carbón es el
combustible fósil más abundante en el mundo. Los
mayores depósitos de carbón están en
América del Norte, Rusia y China. ? Gas Natural: Es una
fuente de energía formada por una mezcla de gases ligeros
que se encuentra frecuentemente en yacimientos de
petróleo, disuelto o asociado con el petróleo o en
depósitos de carbón. Aunque su composición
varía en función del yacimiento del que se saca,
está compuesto principalmente por metano en cantidades que
comúnmente pueden superar el 90 ó 95%, y suele
contener otros gases como nitrógeno, helio y mercaptanos.
Aplicaciones Las aplicaciones domésticas son los usos del
gas natural más comúnmente conocido. Se puede
utilizar para cocinar, lavar, secar, calentar el agua, calentar
una casa o climatizarla. Además, los
electrodomésticos se mejoran día a día con
el fin de utilizar el gas natural de forma más
económica y segura. Los costos de mantenimiento del
material que funciona con gas son generalmente más bajos
que los de otras fuentes de energía. Los principales
usuarios comerciales de gas natural son los proveedores de
servicios de comida, los hoteles, los equipamientos de servicios
médicos y los edificios de oficinas. Las aplicaciones
comerciales de gas natural incluyen la climatización (aire
acondicionado y refrigeración), la cocina o la
calefacción. El gas natural es un input para la
fabricación de la pasta de papel, del papel, de ciertos
metales, productos químicos, piedras, arcilla, vidrio y en
la transformación de ciertos alimentos. Puede ser
igualmente utilizado para el reciclado de residuos, para la
incineración, el secado, la deshumidificación, la
calefacción, la climatización y la
cogeneración. Las compañías de electricidad
y los proveedores independientes de energía emplean cada
vez más el gas natural para alimentar sus centrales
eléctricas. Generalmente, las centrales que funcionan con
gas natural tienen menores costes de capital, se construyen
más rápidamente, funcionan con mayor eficacia y
emiten menos polución atmosférica que las centrales
que utilizan otros combustibles fósiles. Los avances
tecnológicos en materia de diseño, eficacia y
utilización de turbinas de ciclo combinado, así
como en los procesos de cogeneración, fomentan el empleo
de gas natural en la generación de energía. Las
centrales de ciclos combinados (CCGT) utilizan el calor perdido
para producir más electricidad, mientras que la
cogeneración del gas natural produce al mismo tiempo
potencia y calor que son útiles tanto para las industrias
como para los usuarios comerciales. 10
? Energía nuclear: La energía nuclear es aquella
que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se
puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear
(división de núcleos atómicos pesados) o
bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos
atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se
libera una gran cantidad de energía debido a que parte de
la masa de las partículas involucradas en el proceso, se
transforma directamente en energía. Lo anterior se puede
explicar basándose en la relación
Masa-Energía producto de la genialidad del gran
físico Albert Einstein. Con relación a la
liberación de energía, una reacción nuclear
es un millar de veces más energética que una
reacción química, por ejemplo la generada por la
combustión del combustible fósil del metano. La
forma de generar energía nuclear puede ser mediante una
reacción de fisión o fusión de átomos
en los que son liberadas gigantescas cantidades de energía
que se usan para producir electricidad. Fisión Nuclear Es
una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un
núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta
velocidad. A raíz de esta división el núcleo
se separa en dos fragmentos acompañado de una
emisión de radiación, liberación de 2
ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de
energía (200 mev) que se transforma finalmente en calor.
Fusión Nuclear La fusión nuclear ocurre cuando dos
núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un
núcleo atómico más pesado con mayor
estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan
elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para
mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones.
Ventajas de la energía nuclear: -Genera energía
eléctrica. -Evita la emisión de dióxido de
carbono a la atmósfera. -Reduce el consumo de las reservas
de combustible fósiles. -Evita la emisión a la
atmósfera de elementos contaminantes que se generan en el
uso de combustibles fósiles. -Detiene la lluvia
ácida. Desventajas de la energía nuclear: -Altos
costos de producción –Contaminación
atmosférica provocando efectos nocivos como el
cáncer y la leucemia. -Produce residuos radioactivos.
Aplicaciones: –Control de Plagas: Consiste en suministrar altas
emisiones de radiación ionizante a un cierto grupo de
insectos machos mantenidos en laboratorio. Luego 11
los machos estériles se dejan en libertad para facilitar
su apareamiento con los insectos hembra. -Mutaciones: Permite
cambiar la información genética de ciertas
variedades de plantas y vegetales de consumo humano. El objetivo
de la técnica, es la obtención de nuevas variedades
de especies con características particulares que permitan
el aumento de su resistencia y productividad.
-Conservación de Alimentos: En el mundo mueren cada
año miles de personas como producto del hambre, por lo
tanto, cada vez existe mayor preocupación por procurar un
adecuado almacenamiento y manutención de los alimentos.
Las radiaciones son utilizadas en muchos países para
aumentar el período de conservación de muchos
alimentos. –Vacunas: Se han elaborado radiovacunas para combatir
enfermedades parasitarias del ganado y que afectan la
producción pecuaria en general. Los animales sometidos al
tratamiento soportan durante un período más
prolongado el peligro de reinfección siempre latente en su
medio natural. ? Transferencia de energía Al calentar un
cuerpo, evidentemente se está gastando energía. Las
partículas que constituyen el cuerpo incrementan su
actividad aumentando su movimiento, con lo cual aumenta la
energía de cada una de ellas y, por tanto, la
energía interna del cuerpo. Se sabe, que al poner en
contacto dos cuerpos, uno caliente y otro frío, el primero
se enfría y el segundo se calienta. Esta transferencia de
energía desde el primer cuerpo hasta el segundo se lleva a
cabo de la manera siguiente: las partículas del cuerpo
más caliente, que se mueven más rápidamente
por tener más energía, chocan con las
partículas del segundo que se encuentran en la zona de
contacto, aumentando su movimiento y, por tanto su
energía. El movimiento de estas partículas se
transmite rápidamente a las restantes del cuerpo,
aumentando la energía contenida en él a costa de la
energía que pierde en los choques las partículas
del primer cuerpo. La energía que se transfiere de un
cuerpo a otro se denomina calor. No es correcto afirmar que el
calor se encuentra almacenado en los cuerpos, lo que está
almacenado en ellos es la energía, es decir, calor es la
energía que se transfiere de un cuerpo a otro o de un
sistema a otro. Los cambios en el proceso de transferencia de
energía se llevan a cabo en una dirección, desde el
que suministra dicha energía hasta el que la recibe.
Manifestaciones de la energía La energía, en su
proceso de transformación y transferencia, va
manifestándose de una forma a otra, originando así
lo que hoy en día constituye nuestro desarrollo
científico y tecnológico, comprendiéndose
que ella desempeña un papel primordial en la vida del
hombre. Cuando encendemos la hornilla de la cocina de gas y
ponemos a calentar agua en un recipiente de metal, se lleva a
cabo el siguiente proceso: el combustible, que en éste
caso es el gas, al quemarse libera la energía interna que
poseía y la transforma en energía calórica
que es absorbida por el 12
recipiente y éste por el proceso de conducción la
transmite al agua que hierve para luego convertirse en vapor. Ese
calor obtenido por el agua no es más que la energía
de las moléculas contenidas en ella. Se ha dicho y se
dirá siempre que el sol es la principal fuente de
energía en la tierra, tanto es así, que sin
él sería casi imposible la subsistencia en nuestro
planeta. Las reacciones nucleares originadas en el interior del
sol, debido a las grandes temperaturas, dan como resultado una
liberación de energía que llega hasta la tierra en
forma de radiación electromagnética. Esto trae como
consecuencia el calentamiento del agua contenida en los
ríos, lagos y mares, la que a su vez se evapora
condensándose en la nubes. Estas a su vez se desplazan en
diferentes direcciones por efecto de los vientos,
precipitándose luego en forma de lluvia. Las
precipitaciones se encargan de alimentar los ríos quienes
a su vez fluyen hacia los mares y océanos,
cumpliéndose así el ciclo constante del agua,
gracias a la energía solar. ? Energía
Mecánica: Es la energía que se debe a la
posición o al movimiento de un objeto. Cuando el agua de
una represa se desprende, la energía potencial se
convierte en energía cinética y la suma de ambas
conforma la energía mecánica. Cuando se realiza
trabajo para dar cuerda a un mecanismo de resorte, el resorte
adquiere la capacidad de realizar trabajo sobre los engranajes de
un reloj, de un timbre o de una alarma. Está constituida
por la energía cinética y la energía
potencial. Energía Cinética Si tú empujas un
objeto, puedes ponerlo en movimiento. Un objeto que se mueve
puede, en virtud de su movimiento, realizar trabajo. El objeto
tiene energía de movimiento, o energía
cinética (EC ). La energía cinética de un
objeto depende de su masa y su rapidez. Es igual al producto de
la mitad de la masa por el cuadrado de la rapidez. Viene dada por
la siguiente expresión: Energía potencial Un objeto
puede almacenar energía en virtud de su posición.
La energía que se almacena en espera de ser utilizada se
llama energía potencial (EP), porque en ese estado tiene
el potencial para realizar trabajo. Por ejemplo, un resorte
estirado o comprimido tiene el potencial para hacer trabajo.
Cuando se tiende un arco, el arco almacena energía. Una
banda elástica estirada tiene energía potencial
debido a su posición ya que, si forma parte de una honda,
es capaz de hacer trabajo. Tipos de energía potencial:
-Energía potencial gravitatoria: Este tipo de
energía está asociada con el grado de
separación entre dos cuerpos, los cuales se atraen
mediante fuerza gravitacional. Viene dada por: 13
? -Energía potencial elástica: Es el aumento de
energía interna acumulado en el interior de un
sólido deformable como resultado del trabajo realizado por
las fuerzas que provocan la deformación. Esta
energía viene dada por la siguiente expresión:
Unidades de Energía Potencial: Sistema c.g.s. M.K.S.
Técnico Unidad Dina x cm = ergio Newton x m = joule (J) Kp
x m = Kilopondímetro Conservación de la
energía mecánica Si no hay rozamiento la
energía mecánica siempre se conserva. Si un cuerpo
cae desde una altura se producirá una conversión de
energía potencial en cinética. La pérdida de
cualquiera de las energías queda compensada con la
ganancia de la otra, por eso siempre la suma de las
energías potencial y cinética en un punto
será igual a la de otro punto. Disipación de la
energía mecánica Si existe rozamiento en una
transformación de energía, la energía
mecánica no se conserva. Por ejemplo, un cuerpo que cae
por un plano inclinado perderá energía
mecánica en energía térmica provocada por el
rozamiento. Con lo cual en un proceso semejante a éste la
energía cinética inicial acabará en una
energía mecánica final inferior a la otra
más el trabajo ejercido por la fuerza de rozamiento:
Ejercicios de Aplicación: 1) Desde una altura de 560m, se
lanza verticalmente y hacia abajo un objeto de 50kg con una
velocidad de 240m/s. Calcular, usando consideraciones
energéticas, la velocidad en el instante en que el objeto
toca el suelo. Usar Datos: = 240 m/s y = 560m g= =? 14
y Solución: Considerando que la energía potencia
(2) es cero por no tener altura, se expresa que: Sustituyendo:
Eliminando denominadores: Sacando factor común:
Simplificando por m: Despejando : 2) Se lanza una espera con una
velocidad de 80 m/s hacia la parte superior de un plano
inclinado. ¿A qué altura h, medida sobre el plano
horizontal, se detiene? No se considera el roce. Datos: = 80m/s
g= h=? Solución: Como son iguales a 0: Simplificando m y
despejando h: h = 326,53m 3) Se tiene un cuerpo de masa m, que se
desliza sin roce por el plano. Si el cuerpo parte del punto A,
calcular la velocidad que tendrá al llegar al punto B.
Datos: A y = 4m g= B 4m =? 15
Solución: Como = 0 por no tener altura: Sustituyendo:
Eliminando denominadores: Sacando factor común:
Simplificando por m: Despejando : 4) Una esferita de masa m
está rodando a través de una vía desde una
altura h, el radio de la pista circular es de 0,5m.
a)¿Desde qué altura se debe dejar caer la esferita
para que la rapidez en el punto P sea de 10,95m/s?
b)¿Cuál es la rapidez de la esferita en el punto Q?
Datos: r = 0,5m = 10,95m/s h m Q R h=? =? P Solución: a)
Como = 0 por no tener altura: Sustituyendo: Eliminando
denominadores: Sacando factor común: Simplificando por m:
Como = 0: Despejando h: h = 6,1m 16
: b) Como : Sustituyendo: Eliminando denominadores: Sacando
factor común: Simplificando por m: Despejando 5) Un
avión se desplaza horizontalmente a una altura de 800m con
una velocidad de 60m/s en el momento en que deja caer un objeto
de masa 12kg. Calcular la velocidad que tendrá el cuerpo
cuando haya descendido la cuarta parte de su altura inicial.
Solución: Sustituyendo: Simplificando m: Eliminando
denominadores: Despejando : Sacando factor común 2g: 6) Un
bloque se encuentra en reposo con un punto A situado a 5m del
suelo. Este bloque cae verticalmente pasando por un punto B
situado a 3m del suelo. Calcular: a)La velocidad del bloque al
pasar por el punto B. b) La altura desde el suelo, de un punto C
ubicado más abajo, en donde la velocidad es 8,2m/s.
17
: : Solución: a) Sustituyendo: Simplificando m: Eliminando
denominadores: Como Despejando : – b) Sustituyendo:
Simplificando m: Eliminando denominadores: Como Despejando :
– 7) Un bloque de masa 3,5kg se desliza sobre un plano
horizontal con una velocidad de 1,22m/s. en su camino choca con
un resorte. ¿Cuánto se ha de comprimir éste
para que el bloque se ponga en reposo? La constante de
elasticidad del resorte es 3,66 N/m. Datos: m = 3,5kg k = 3,66
N/m = 1,22m/s = 0 m/s 18
: – : Solución: Despejando : Como Sustituyendo: Despejando
x: Reemplazando valores: 8) Un bloque de 4kg se desliza con una
velocidad de 15m/s por un plano horizontal y encuentra en su
camino un resorte de constante de elasticidad 500N/m.
¿Qué velocidad tendrá el bloque cuando el
resorte se haya comprimido 0,8m? Datos: m = 4kg k = 500N/m x =
0,8m = 15m/s Solución: Sustituyendo: Despejando 19
B : 12,04 m/s 9) Se muestra en el punto A de la cima de una
montaña rusa un coche que con sus ocupantes tiene una masa
total de 1000kg. Si en ese momento tiene una velocidad de 5m/s,
calcular la energía cinética del coche cuando
esté en la segunda cima en el punto B. Datos: m = 1000kg =
5m/s A = 40m = 20m 40m 20m Solución: Despejando
Sustituyendo: 10)Se deja caer verticalmente un ladillo de 2kg
desde 50m de altura, Calcular: a)Su energía
mecánica en el punto inicial, b)Su velocidad a una altura
de 40m del suelo, c)Su velocidad al llegar al suelo. Datos: m =
2kg A = 50m 50m B =? C 20
: : Solución: a) Como : Sustituyendo: b) Como : Despejando
Sustituyendo: – – c) Como Como : y Despejando
Sustituyendo: 31,3 m/s 21
Conclusión La energía es de gran importancia en el
mundo, primero que nos proporciona calor y segundo energía
eléctrica. La energía es vital a la hora de
producir un movimiento. La energía eléctrica, una
de las principales producidas, es de gran importancia tanto
económica como en lo referente a la comodidad, ya que esta
permite a medida que avanza la tecnología ir progresando y
de esta manera, mejorar la forma de vida de las personas.
También se ha podido crear nuevas formas de aprovechar la
energía ya sea casera o industrialmente. Cabe destacar,
que la energía proviene de recursos renovables y no
renovables, en la actualidad se emplea mucho el petróleo,
siendo este un recurso no renovable y que a la hora de la verdad
se está agotando su reserva. En otros casos se utiliza las
reservas hidroeléctricas de la ciudad, campos
eólicos y solares. 22
Bibliografía Páginas Web:
-www.monografías.com -www.wikipedia.com -www.fisica.uh.cu
-www.apuntes.infonotas.com Libro: –Teoría y
Práctica de Física 4to año, Eli Brett C. y
William A. Suárez. 23