Ley de la conservación de la energía

La energía es la capacidad del objeto para hacer algún trabajo, intuitivamente también sin energía, es muy difícil para cualquier ser humano ser productivo y hacer algún trabajo. En el lenguaje de la física, si un objeto almacena energía, puede convertirse en diferentes formas. Un objeto estacionario puede contener energía potencial que puede convertirse en energía cinética y un objeto en movimiento. Este tipo de interconversión entre diferentes formas de energía es muy común y sienta las bases para la ley de conservación de la energía. Veamos estos conceptos de diferentes energías y la ley de conservación de la energía en detalle.

Energía

La energía es esa capacidad que ayuda a aplicar fuerza para realizar algún trabajo. Es simplemente esa fuerza la que hace que las cosas se muevan. La capacidad de hacer trabajo se conoce como energía. Un hecho muy importante sobre la energía a tener en cuenta es que, aunque la energía se presenta en muchas formas y tiene tantos tipos, desde energía cinética hasta energía potencial, energía solar, etc. La unidad SI de la energía es julios. Además de los julios, otras unidades de energía son ⇢ Calorías, Caballos de fuerza, Kilovatios (kW)-Potencia, Kilovatios-hora (kWh). Hay muchas formas diferentes de energía, la siguiente lista muestra y describe algunos de los aspectos importantes de la energía mecánica:

Energía cinética: La energía cinética es la energía que poseen los objetos en movimiento. Se debe realizar trabajo sobre un objeto para cambiar su energía cinética. Generalmente se expresa en la forma de la ecuación 1/2mv ² .
Energía potencial: La energía potencial se define como la energía que posee un objeto en virtud de su posición. La energía potencial se indica con «mgh», donde «h» es la altura del objeto.
Energía Mecánica: Esta energía es la energía total asociada con la posición y la velocidad que se almacena en el objeto. Por lo tanto, la energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial.
Energía química: La energía química se define como la energía que se almacena dentro de los enlaces en los materiales. Esta energía está involucrada en la formación o destrucción de enlaces químicos.
Energía nuclear: Esta energía se define como la energía que se produce o consume en los procesos donde intervienen los núcleos de los átomos.

Ley de la conservación de la energía

Se sabe que la energía mecánica total del sistema permanece constante si las fuerzas que actúan sobre el sistema son de naturaleza conservativa. La energía potencial y las energías cinéticas continúan intercambiándose entre sí. En el caso de fuerzas no conservativas, estas energías se convierten en alguna otra energía como calor, ruido, etc. En el caso de un sistema que está aislado del mundo exterior, la energía total permanece constante.

En un sistema aislado, la energía no se crea ni se destruye. La energía total permanece constante. Se puede convertir de una forma a otra forma.

Los principios de conservación de la energía no pueden probarse, sin embargo, nunca se ha observado ninguna violación de esta ley. Por lo tanto, es ampliamente aceptado con la prueba. Este concepto de conservación trasciende varios campos de la ciencia, por ejemplo, ciencias de la vida, ingeniería y química.

trabajo y poder

A menudo, un cambio en la energía va acompañado del trabajo realizado, generalmente se requiere trabajo realizado, pero a veces la tasa de trabajo realizado también se vuelve importante para realizar un proceso físico. Esta tasa de trabajo que se realiza también se denomina potencia. Para un bloque de masa “M”, una fuerza F produce un desplazamiento de “r” en el bloque. En este caso, el trabajo realizado por la fuerza sobre el objeto se define mediante la siguiente ecuación.

Para una fuerza constante $\vec{F}$ y el desplazamiento $\vec{r}$ . El trabajo realizado se define por,

$W = \vec{F}.\vec{r}$

Este es el producto escalar entre dos vectores, por lo que si la Fuerza forma un ángulo θ con el desplazamiento. Entonces el trabajo realizado estará dado por,

W = |F||r|cosθ

La potencia se define como la tasa de trabajo que se realiza. La potencia media se define por la energía total transferida o el trabajo realizado por unidad de tiempo.

P = W/T

Donde, W presenta el trabajo neto realizado y T representa el tiempo total empleado.

En caso de que la tasa de trabajo realizado cambie, la potencia instantánea viene dada por,

P = dW/dt

Problemas de muestra

Pregunta 1: Encuentra el trabajo realizado cuando una fuerza de F = x + 3 produce un desplazamiento de 3 m.

Solución:

El trabajo realizado por una fuerza variable viene dado por,

W = ∫Fdx

F(x) = x + 3

Cálculo del trabajo realizado.

W = $\int^{x}_{0}Fdx \\ = \int^{x}_{0}(x + 3)dx \\ = [\frac{x^2}{2} + 3x]^{x }_{0} \\ = \frac{x^2}{2} + 3x$

Aquí, el desplazamiento es x = 3

ancho = x ² /3 + 4x

⇒ A = 32/3 + 4(3)

⇒ W = 15J

Pregunta 2: El trabajo que se realiza en un sistema viene dado por la siguiente ecuación,

W = 3t ²

Calcule la potencia instantánea en t = 4.

Solución:

La potencia instantánea está dada por,

P = dW/dt

Dado:

W = 3t ²

Cálculo de potencia,

P = dW/dt

⇒ $P = \frac{d(3t^2)}{dt}$

⇒ P = 6t

En t = 4

P = 6(4)

⇒ P = 24 J

Pregunta 3: El trabajo que se realiza en un sistema viene dado por la siguiente ecuación,

W = t ³ + 5t + 10

Calcule la potencia instantánea en t = 2.

Solución:

La potencia instantánea está dada por,

P = dW/dt

Dado:

W = t ³ + 5t + 10

Cálculo de potencia,

P = dW/dt

⇒ $P = \frac{d(t^3 + 5t + 10)}{dt}$

⇒ P = 3t ² + 5

En t = 2

PAG = 3(t ² ) + 5

⇒ P = 3(2 ² ) + 5 J

⇒ P = 3(4) + 5

⇒ P = 17 J

Pregunta 4: Un objeto se mantiene a una altura de 20 m. Comienza a caer hacia el suelo. Encuentre la velocidad del objeto justo antes de que toque el suelo.

Responder:

Si la tierra y el objeto se consideran como un sistema. Entonces la fuerza gravitatoria entre ellos puede considerarse como fuerzas internas. En ese caso, se puede aplicar la ley de conservación de la energía.

La energía potencial al comienzo será igual a la energía cinética justo antes de tocar el suelo.

P. E = K. E

⇒ mgh = 1/2mv ²

Dado:

gramo = 10

h = 20m

Reemplazando los valores dentro de la ecuación,

gh = 1/2v ²

⇒ 2gh = v ²

⇒v = $\sqrt{2gh}$

⇒v = $\sqrt{2 \times 10 \times 20}$

⇒ v = 20 m/s.

Pregunta 5: Un objeto se mantiene a una altura de 100 m. Comienza a caer hacia el suelo. Encuentre la velocidad del objeto justo antes de que toque el suelo.

Responder:

Si la tierra y el objeto se consideran como un sistema. Entonces la fuerza gravitatoria entre ellos puede considerarse como fuerzas internas. En ese caso, se puede aplicar la ley de conservación de la energía.

La energía potencial al comienzo será igual a la energía cinética justo antes de tocar el suelo.

P. E = K. E

⇒ mgh = 1/2mv ²

Dado:

gramo = 10

h = 100m

Reemplazando los valores dentro de la ecuación,

gh = 1/2v ²

⇒ 2gh = v ²

⇒v = $\sqrt{2gh}$

⇒v = $\sqrt{2 \times 10 \times 100}$

⇒ v = 10√20 m/s.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por anjalishukla1859 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA

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