Energía mecánica
Estas preguntas de Energía mecánica están alineadas con el PNE del MEP en Costa Rica.
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Calcular cómo se reparte la energía entre su forma potencial y su forma cinética en distintos puntos de una caída de agua o de un péndulo es la tarea que suele pedir un ítem de energía mecánica. Suponer que ambas formas de energía llegan a su valor máximo al mismo tiempo, en lugar de reconocer que una crece mientras la otra baja, es el error que más se repite. Las cascadas y ríos de montaña de Costa Rica funcionan como ejemplo cotidiano de esta transformación, y estos simulacros para las PNE del MEP piden justificar en qué punto del recorrido la energía cinética es mayor.
Este tema es un componente habitual en las PNE del MEP.
A continuación se presentan los tipos de energía mecánica, el principio de conservación y problemas resueltos con y sin fricción.
Energía cinética y potencial
Ambas se miden en joules (J). La energía mecánica total es Em = Ec + Ep.Conservación de la energía mecánica
Si no hay fricción ni otras fuerzas no conservativas, la energía mecánica se conserva: Ec₁ + Ep₁ = Ec₂ + Ep₂.Ejemplo: Una pelota cae desde 5 m de altura (v₀ = 0). En el suelo: Ep se convierte totalmente en Ec.
½mv² = mgh → v = √(2gh) = √(2 × 9,8 × 5) = √98 ≈ 9,9 m/s.
No se necesita conocer la masa: se cancela en la ecuación.
Trabajo y energía
Trabajo (W): transferencia de energía mediante una fuerza. W = F·d·cosθ, donde θ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.Teorema trabajo-energía: el trabajo neto es igual al cambio de energía cinética. W_neto = ΔEc = Ec_final − Ec_inicial.
Si W > 0, la energía cinética aumenta (la fuerza acelera). Si W < 0, la energía cinética disminuye (la fuerza frena).
Fricción y energía disipada
Cuando hay fricción, parte de la energía mecánica se convierte en calor. Em₁ = Em₂ + W_fricción.Ejemplo: Un bloque desliza 10 m por un piso con μₖ = 0,3 y masa 2 kg. Energía disipada: W_f = μₖ·mg·d = 0,3 × 2 × 9,8 × 10 = 58,8 J.
Potencia
Potencia: rapidez con que se realiza trabajo. P = W/t. Se mide en vatios (W): 1 W = 1 J/s.También: P = F·v (fuerza constante a velocidad constante).
Ejemplo: Un motor levanta 100 kg a 3 m en 5 s. P = mgh/t = 100 × 9,8 × 3 / 5 = 588 W.
Cierre
La conservación de la energía mecánica simplifica enormemente los problemas de movimiento. Identificar si hay fuerzas no conservativas (fricción, aire) determina si la energía se conserva o se disipa.Te deseamos mucho éxito en tu preparación para las PNE.