Energía mecánica

Te explicamos qué es la energía mecánica y cómo se puede clasificar. Además, ejemplos y energía mecánica potencial y cinética.

¿Qué es la energía mecánica?

La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo o sistema. La energía cinética es la energía que tienen los cuerpos en movimiento, ya que depende de sus velocidades y sus masas. La energía potencial, en cambio, está asociada al trabajo de fuerzas que se denominan conservativas, como la fuerza elástica y la gravitatoria, que dependen de la masa de los cuerpos y de su posición y estructura.

El Principio de conservación de la energía establece que la energía mecánica se conserva (permanece constante) siempre que las fuerzas que actúen sobre el cuerpo o sistema sea conservadora, es decir, no le haga perder energía al sistema. Este principio puede escribirse matemáticamente de la siguiente manera:

Emec = Ec + Ep = cte

donde Ec es la energía cinética del sistema y Ep su energía potencial, que puede ser gravitatoria, elástica, eléctrica, etc.

Esta relación no se cumple si el sistema se ve afectado por fuerzas no conservativas. Por ejemplo, en el caso de movimientos sobre superficies con rozamiento (como la mayoría de las superficies), la energía cinética se disipa en forma de calor. La energía mecánica de un sistema puede perderse también en forma de calor, por ejemplo ensistemas termodinámicos en los que la energía mecánica puede convertirse en térmica.

La energía mecánica es frecuentemente utilizada para realizar trabajos o convertirla en otras formas de energía, como es el caso de la energía hidráulica (cuando el hombre aprovecha la energía potencial del agua que cae para realizar un trabajo). Otro ejemplo es la energía eólica o la energía mareomotriz, que utiliza la energía cinética del viento y de las mareas para trasformarlas en otro tipo de energía útil.

Ver también: Elasticidad

Tipos de energía mecánica

La energía mecánica es la suma de las siguientes energías:

Energía cinética. Es la energía que poseen los objetos o un sistema en movimiento, y que depende de su velocidad y su masa. Por ejemplo: una bola en movimiento.
Energía potencial. Es la energía asociada a la posición de un cuerpo dentro de un campo de fuerzas conservativo, como pueden ser el gravitatorio, el elástico, el eléctrico, etc. A su vez, la energía potencial puede ser dos tipos:
- Energía potencial gravitatoria. Es la energía que se debe a la acción de la gravedad sobre los cuerpos. Por ejemplo: un objeto que cae desde cierta altura.
- Energía potencial elástica. Es la energía que poseen sistemas deformados por una fuerza. La energía permanece en el sistema hasta que la fuerza deje de aplicarse y así el sistema vuelve a su forma original, transformando la energía elástica en cinética. Por ejemplo: un resorte que se estira o contrae por medio de una fuerza externa que, al dejar de ser aplicada, permite al resorte volver a su posición normal, de equilibrio.

Ejemplos de energía mecánica

Algunos ejemplos posibles de energía mecánica en sus diferentes formas son los siguientes:

Un carrito de montaña rusa. En su punto más alto, el carrito habrá acumulado suficiente energía potencial gravitatoria (debido a la altura) para caer libremente un segundo después y convertirla toda en energía cinética (debido al movimiento) y alcanzar velocidades de vértigo.
Un molino de viento. La energía cinética del viento brinda un empuje a las aspas del molino que se convierte en trabajo mecánico: hacer girar el engranaje que molerá, más abajo, los granos.
Un péndulo. La energía potencial gravitatoria del peso se convierte en energía cinética para hacerlo mover en su recorrido, conservando la energía mecánica total.
Un trampolín. El bañista que salta en clavado de un trampolín utiliza su peso (energía potencial gravitatoria) para deformar el trampolín hacia abajo (energía potencial elástica) y éste, al recuperar su forma, le empuja hacia arriba incrementando su altura (más potencial gravitatorio) que acto seguido se convierte en energía cinética durante la caída libre hacia el agua.

Energía mecánica cinética y potencial

Como se ha dicho ya, la energía mecánica involucra dos energías: la cinética y la potencial.

La primera es calculable mediante la fórmula simple de Ec = ½ m . v2 y su unidad de medición en el Sistema Internacional serán los Joules (J).

En cambio, la energía potencial es la cantidad de energía almacenada en el sistema debido a su configuración particular o a su posicionamiento respecto a un campo de fuerzas (gravitacional, elástico o electromagnético). Esta energía es susceptible de convertirse en otras formas de energía, como la cinética misma.