Qué es la Energía Mecánica: Definición, Fómula y Ejemplos

En la definición de energía, lo que conocemos como trabajo se logra cuando una fuerza actúa sobre un objeto para que este se mueva, cambie de forma, se desplace o haga una acción física. Por ejemplo, si abro la puerta de mi hogar para que entre una persona que viene a visitarme, un trabajo físico se hizo en la puerta haciendo que se abra. Pero específicamente, ¿Qué tipo de fuerza fue la que hizo que abriera la puerta? Aquí es donde aparece la energía mecánica.

La energía mecánica es el resultado de la suma entre la energía cinética y la energía potencial en un objeto que se emplea para hacer un trabajo. En otras palabras, es la energía que tiene un objeto debido ya sea a su movimiento, a su posición o a ambos.

En el ejemplo del primer párrafo de la puerta que se abre, la persona tiene energía química potencial (energía acumulada dentro de sí), y al levantar las manos para empujar la puerta, la acción también tiene energía de movimiento. Al empujar la puerta, la energía potencial y cinética de la persona fue transferida a la energía mecánica, lo que ocasionó que se hiciera el trabajo (abrir la puerta).

Analizando el caso podemos ver que la puerta ganó energía mecánica, lo que provocó el desplazamiento temporal de la puerta. Se debe tener muy en cuenta que para que un trabajo se realice, algún objeto debe suministrar una fuerza para que otro objeto sea desplazado.

Definición y concepto de energía mecánica

La energía mecánica, es el resultado de la combinación entre la energía cinética de movimiento y la energía potencial almacenada en un mismo sistema debido a la posición de sus partes. La energía mecánica es permanente en un sistema que sólo tiene fuerzas gravitacionales o que carece de fuerzas dispersas (como la fricción y la resistencia al aire), o en el que dichas fuerzas pueden ser razonablemente descuidadas.

De este modo, un péndulo oscilante tiene su mayor energía cinética y su menor potencial energético en posición vertical, en la que su velocidad es mayor y su altura menor. De la misma manera, tiene su menor energía cinética y su mayor potencial energético en las extremidades de su oscilación, en la que su velocidad es cero y su altura es mayor. A medida que el pendular se mueve, la energía pasa continuamente de un lado a otro entre las dos formas.

Dejando a un lado la fricción en el eje y la resistencia del aire, la combinación de las energías tanto cinética como potencial del péndulo es constante y en esto es que consiste la energía mecánica.

En realidad, la energía mecánica del sistema se ve disminuida al final de cada oscilación por la minúscula cantidad de energía que se transfiere fuera del sistema por el trabajo efectuado por el péndulo en oposición a las fuerzas de fricción y resistencia del aire.

La energía mecánica del sistema entre la Tierra y la Luna es casi constante ya que se intercambia rítmicamente entre sus formas cinéticas y potenciales. Cuando la Luna está más distante de la Tierra en su órbita cuasi elíptica, su velocidad es mínima. Su energía cinética se ha convertido en la menor, y su energía potencial es mayor. Cuando la Luna está próximo a la Tierra es precisamente cuando viaja más rápido. Como podemos ver en este caso se da el mismo efecto mencionado anteriormente pero en sentido contrario.

Características de la energía mecánica y cómo se genera

Ya sea que corramos por una pista de cien metros de largo, o que simplemente nos acostemos sin rumbo fijo en una cama, una cosa sigue siendo cierta: estamos trabajando. Al hacer tal trabajo, empleamos una forma particular de energía que nos permite movernos o permanecer en posición. La energía mecánica se aplica dondequiera que miremos: desde el movimiento de los coches hasta la disposición de los árboles en crecimiento.

Debido a los diferentes componentes de la energía mecánica, existe en todos los sistemas del universo. Desde el lanzamiento de una pelota de béisbol a un ladrillo que se cae de una repisa, la energía mecánica nos rodea.

La energía mecánica es el tipo de energía que posee un objeto debido a su posición o movimiento. Los objetos tienen energía mecánica, ya sea que se muevan o permanezcan en posición con respecto a una postura de energía potencial cero. Esto significa que cualquier objeto que posea energía mecánica, ya sea a través del movimiento o debido a su posición, podría funcionar.

La mecánica de un sistema aislado, ya sea un sistema físico o  termodinámico, permanece constante en el tiempo mientras el sistema carezca de fuerzas no conservadoras como la fricción. Aunque la energía mecánica no puede ser creada o generada ni destruida en un sistema aislado, si puede convertirse en otras formas de energía.

Fórmula

Como ya se ha definido anteriormente, la energía mecánica es la suma total entre energía potencial y cinética. La energía potencial es adquirida debido a su posición, mientras que la energía cinética es obtenida debido al movimiento del objeto. Si un objeto se está moviendo, la energía potencial debe ser cero. Si el objeto está en reposo, la energía cinética debe ser cero.

La fórmula de la energía mecánica se representa de la siguiente manera:

• ME = Energía mecánica
• KE = Energía cinética
• PE = Energía potencial
• M = Masa de un objeto
• V = Velocidad de un objeto
• G = Altura de un objeto

Para qué sirve la energía mecánica: 6 Datos interesantes

Ya que existe en todos los objetos del universo, la energía mecánica no puede ser creada. Esta sirve para ser convertida en otras fuentes y clases de energía a partir de la combinación entre 2 tipos básicos. A modo de resumen a continuación te presentamos algunos datos interesantes sobre la fuerza mecánica.

• Dato 1: La energía mecánica es la suma de las energías cinéticas y potenciales dentro de un sistema.
• Dato 2: Muchas de las tecnologías actuales pueden transformar la energía mecánica en otras formas de energía y viceversa.
• Dato 3: Los generadores de vapor y otras tipos de maquinarias podrían convertir la energía mecánica en otras formas de energía, como la energía térmica.
• Dato 4: Las turbinas convierten la energía cinética del vapor en energía mecánica.
• Dato 5: Las centrales hidroeléctricas podrían producir energía eléctrica a partir de la energía mecánica del agua almacenada en las presas.
• Dato 6: La energía mecánica podría determinarse en unidades de medida julios o joules. Nombre que rinde homenaje a James Joule, un físico que encontró la relación entre la ganancia de calor y la pérdida de energía mecánica.

Ejemplos

Ya que los objetos poseen energía mecánica en forma de energías cinética y potencial, podríamos encontrar diferentes ejemplos según la variedad de formas. A continuación te mostramos algunos ejemplos.

• Una flecha lanzada desde un arco.
• Agua liberada desde una presa.
• Soltar un resorte después de comprimirlo.
• Al soltar una banda elástica luego de ser estirada.
• Una bola de boliche al golpear a los bolos.
• Un péndulo oscilante.
• Un objeto deslizante o rodante que se aproxima al descanso.

En los ejemplos donde se almacena la energía mecánica, esta se conserva en forma de energía potencial. También hay casos en los que un cuerpo tiene ambos tipos de energías de manera simultánea.

Como cuando un satélite que está orbitando la Tierra, tendrá energía potencial debido a su posición desde la superficie de la Tierra, también tendrá energía cinética debido a su movimiento relativo con respecto al planeta.