Introducción
Esta ley fundamental de la física fue descubierta por Mayer
y Joule, ambos trabajando por separado.
Roberto Mayer, un modesto médico alemán, observó las
sangrías que efectuaba a los enfermos y realizó una serie de experiencias. El
resultado de sus investigaciones, fue el descubrimiento del “Principio de la
Conservación de la energía”. Sus trabajos fueron rechazados y el científico
intentó suicidarse, volviéndose loco.
En cuanto al inglés James Prescott Joule, descubrió esta ley
estudiando los conceptos de la termodinámica. Sus aportes son tan valiosos que
contribuyeron enormemente al desarrollo de la termodinámica y por ende al de la
física.
La ley de la conservación de la energía constituye el primer
principio de la termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en
cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece
invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra
forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma
que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una
forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía
calorífica en un calefactor.
Principio de conservación de la energía
Cuando una partícula está bajo la acción de una fuerza
conservativa, el trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre el
valor inicial y final de la energía potencial:
El trabajo de la fuerza es igual a la diferencia entre el
valor final e inicial de la energía cinética.
........
Igualando ambos trabajos, obtenemos la expresión del
principio de conservación de la energía:
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La energía mecánica de la partícula (suma de la energía
potencial más cinética) es constante.
Ahora definimos la suma K + U de las energías cinética y potencial como E,
la energía mecánica total del sistema
¿Qué es una
fuerza conservativa?
Una fuerza es conservativa cuando el trabajo de dicha fuerza
es igual a la diferencia entre los valores: inicial y final de una función que
solo depende de las coordenadas. Las fuerzas conservativas tienen dos
propiedades fundamentales:
1° PROPIEDAD: Una fuerza es conservativa si el trabajo
realizado sobre una partícula que se mueve entre cualesquiera: es independiente
de la trayectoria seguida por la partícula.
2° PROPIEDAD: El trabajo efectuado por una fuerza
conservativa sobre una partícula que se mueve a lo largo de cualquier
trayectoria cerrada( los puntos inicial y final son idénticos) es igual a cero.
A. Energía potencial: Es aquella que tienen los cuerpos
debido a su posición.
.........
El trabajo de una fuerza conservativa no depende del camino
seguido para ir del punto A al punto B.
El trabajo de una fuerza conservativa a lo largo de un camino
cerrado es cero.
.........
1. El peso es una
fuerza conservativa
Calculemos el trabajo de la fuerza peso F = - m.g en Y
cuando el cuerpo se desplaza desde la posición A cuya ordenada es yA hasta la
posición B cuya ordenada es yB.
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2. La fuerza que
ejerce un muelle es conservativa
Como vemos en la figura cuando un muelle se deforma x,
ejerce una fuerza sobre la partícula proporcional a la deformación x y de signo
contraria a esta.
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EJEMPLO: Altura de una pelota por conservación de la energía
Ej: Lanzamos una pelota de béisbol con masa de 0.145 kg
hacia arriba, dándole una rapidez inicial de 20.0 mis. Use la conservación de
la energía para determinar qué altura alcanza, despreciando la resistencia del aire.
SOLUCIÓN
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DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA
Unas formas de energía pueden transformarse en otras. En
estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda
transformación, parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica.
Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente
en calor; pero, éste no puede transformarse íntegramente en otro tipo de
energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía. Son
ejemplos:
· La energía
eléctrica, al pasar por una resistencia.
· La energía
química, en la combustión de algunas sustancias.
· La energía
mecánica, por choque o rozamiento.
CONCLUSIONES
· La ley de la
conservación de la energía dice: “La energía no se crea ni se destruye, sólo se
transforma”. Podemos afirmar por tanto que: “Cada vez que desaparece cierta
cantidad de energía de una forma determinada, aparece otra cantidad equivalente
de energía de una o varias formas”.
· Las
transformaciones de la energía son muy bien aprovechadas por el hombre, así que
en una planta hidroeléctrica, la energía potencial del agua es transformada en
cinética y ésta a su vez en energía eléctrica.
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