Energía Mecánica

¿Qué es la Energía Mecánica?

La energía mecánica se define como la suma de otras dos energías: la energía cinética y la energía potencial de la gravedad.

Esta es la definición aceptada en el instituto, pero también es posible ampliarla a la suma de la energía cinética con todas las energías potenciales (que pueden ser la gravitatoria, pero también la magnética, la eléctrica…)

Unidades y notación

Como energía se expresa en Joule (J) o una unidad derivada.
También es posible (aunque no es habitual) utilizar otras unidades de energía como la caloría, el kilovatio hora, etc.

La energía mecánica suele anotarse como Em, pero es posible añadirla:

entre paréntesis el sistema en cuestión ( Em(bola), Em(móvil)…)
una letra o un número en el subíndice para indicar una referencia temporal (por ejemplo, Emi para la energía mecánica inicial, Emf para la energía mecánica final)

Fórmula, expresión

Según su definición es posible expresar la energía mecánica con la siguiente fórmula:

Em = Ec + Ep

Si se sustituyen las energías cinética y potencial por su expresión entonces se obtiene :

Em = ½.m.v2 + m.g.h

Observaciones

  • Para una altitud cero entonces la energía potencial es cero, la energía mecánica es entonces comparable a la energía cinética
  • Cuando el sistema está en reposo (velocidad cero) entonces la energía cinética es nula y la energía mecánica se puede asimilar a la energía potencial de la gravedad.

Conservación

La energía mecánica tiene la propiedad de conservarse (mantener un valor constante) siempre que el sistema sólo esté sometido a las llamadas fuerzas “no disipativas”.

Las fuerzas disipativas son las que provocan un intercambio de energía entre el sistema y su entorno, generalmente fuerzas de fricción (contra una superficie sólida o en un fluido como el agua o el aire).

Por lo tanto, existe, por ejemplo, la conservación de la energía mecánica para:

  • Un sistema en caída libre con una fricción insignificante
  • Un sistema que se desliza sobre el hielo con fricción
  • Un sistema no sometido a ninguna fuerza

Esta conservación puede expresarse indicando la igualdad de la energía mecánica en el estado inicial del sistema y su estado final:

Emf = Emi

O

Ecf + Epf = Eci + Epi

O

½mvf² + mghf = ½mvi² + mghi

Esta relación puede utilizarse para calcular, según la situación :

  • La altitud inicial
  • La altitud final
  • La velocidad inicial
  • La velocidad final

También podemos deducir de esta conservación los valores extremos que toman la energía cinética y la energía potencial de la gravedad ya que cuando una es máxima entonces la otra es mínima:

Em = Ecmax + Epmin = Ecmin + Epmax

Por lo tanto, puede ser posible determinar :

  • La velocidad mínima o máxima
  • La altitud mínima o máxima