Ideas clave
Los métodos de energía evitan seguir las fuerzas instante a instante. El trabajo de la fuerza neta es igual a la variación de la energía cinética, y cuando solo actúan fuerzas conservativas, la energía mecánica total se mantiene constante.
- El trabajo es W = Fd cos θ, donde θ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento. Una fuerza perpendicular al movimiento no realiza trabajo.
- La energía cinética es ½mv², la energía potencial gravitatoria cerca de la Tierra es mgh y un resorte almacena ½kx².
- La potencia es el ritmo al que se realiza trabajo: P = W ÷ t, o P = Fv para una fuerza en la dirección de la velocidad.
- El rozamiento y otras fuerzas no conservativas sacan energía mecánica del sistema en forma de calor, así que incluye su trabajo en el balance.
Ecuaciones clave
W = Fd cos θKE = ½mv²PE = mghPE = ½kx²P = W ÷ t = FvW_net = ΔKE
Ejemplo resuelto
Se suelta una bola de 2,0 kg desde 5,0 m (g = 9,8 m/s²). La energía potencial perdida es mgh = 2,0 × 9,8 × 5,0 = 98 J, y se convierte en energía cinética. Igualando ½mv² = 98 J se obtiene v = √(2 × 98 ÷ 2,0) = 9,9 m/s. La masa se cancela, así que v = √(2gh) para cualquier bola.
Errores comunes
- Usar toda la fuerza en W = Fd cuando la fuerza forma un ángulo con el desplazamiento.
- Olvidar que la energía cinética depende del cuadrado de la rapidez: duplicar la rapidez cuadruplica la energía.
- Confundir la energía, que se mide en julios, con la potencia, que se mide en vatios.
Práctica
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