La energía mecánica es la suma de las energías cinética y potencial de un cuerpo o sistema. En física, un sistema o cuerpo en la Tierra puede tener energía potencial gravítatoria, energía asociada a la posición con respecto a la Tierra, y al mismo tiempo tener energía cinética cuando está en movimiento.
Fórmula de energía mecánica
Dado que la energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial, la fórmula de energía mecánica se refleja de esta forma:
Así, la fórmula de la energía cinética es:
donde la masa se expresa en kilogramos y la velocidad en m/s.
La fórmula de la energía potencial gravitatoria es:
donde la masa se expresa en kilogramos, la altura en metros y la constante de gravedad (g) es igual a 9,8 m/s2. En el sistema internacional (SI) la unidad de energía es el joule (J).
Ejemplos de energía mecánica
![ejemplo de energía mecánica](https://cdn.todamateria.com/imagenes/balance-1845967-1920-cke.jpg)
El patinador que está parado en la parte más alta de la rampa de patinaje tiene toda su energía mecánica como energía potencial. Cuando se lanza, disminuye su altura y aumenta su velocidad, esto implica que la energía potencial se transforma en energía cinética; sin embargo, la energía mecánica permanece constante.
![columpio ejemplo de energía mecánica](https://cdn.todamateria.com/imagenes/playground-2543210-1920-cke.jpg)
Cuando nos impulsamos en un columpio, a medida que ganamos velocidad llegamos a una cierta altura. Así, cuando la altura h aumenta, la energía potencial gravitacional aumenta, mientras que la velocidad v disminuye, es decir, disminuye la energía cinética.
![baloncesto ejemplo de energía mecánica](https://cdn.todamateria.com/imagenes/basketball-2258651-1920-cke.jpg)
Cuando lanzamos una pelota hacia arriba, la altura que alcanza será proporcional al cuadrado de la velocidad con que se realizó el lanzamiento.
Vea también:
Ley o principio de conservación de la energía mecánica
La energía no se crea ni se destruye, por eso, la energía mecánica es constante. Esto quiere decir que la variación o cambio de la energía mecánica a lo largo de una trayectoria es igual a cero:
Esto se cumple si sobre un sistema actúan solo fuerzas conservativas o fuerzas no conservativas cuyo trabajo sea nulo.
Esta ley se aplica cuando queremos relacionar la velocidad y la altura de un cuerpo en varias posiciones. Para tal efecto, se consideran despreciables las fuerzas de roce y de resistencia del aire.
Vea también Ley de la conservación de la energía.
Características de la energía mecánica
- Es resultado de la energía potencial y de la energía cinética de un cuerpo.
- Es constante en la trayectoria del cuerpo o sistema.
- En el mismo sistema, la energía cinética se transforma en energía potencial y viceversa.
- Las variaciones en energía cinética y energía potencial son simétricas: cuando una aumenta, la otra disminuye.
Vea también Energía.
Ejercicios de energía mecánica explicados
Un cilindro de 100 gramos se desliza sobre una rampa partiendo del reposo en la posición A a 12 metros de altura hasta el punto B a 10 metros, para luego caer a nivel del piso en el punto C.
1. ¿Cuánto es la energía mecánica del cilindro en el punto B?
La energía mecánica en el punto B es:
Sabemos la altura en B (h=10m) y la masa (m=100g), pero desconocemos la velocidad en B (vB=?). Sabemos que la energía mecánica total es constante, y que en la posición A la velocidad es 0, pues el cilindro no está en movimiento. Así, la energía mecánica del cilindro en A es igual a B y C, por lo que podemos calcular la energía mecánica de B como la energía mecánica en A, donde sólo existe energía potencial gravitacional:
2. ¿Cuál es la velocidad del cilindro en el punto C?
De acuerdo a la ley de conservación de la energía mecánica,
Dicho de otra manera:
Como la altura en el punto C es igual a 0, podemos despejar la velocidad:
3. ¿Cuál es el aumento de energía cinética entre B y C?
Los cambios de energía cinética son simétricos a los cambios de energía potencial, es decir:
Por lo tanto, el aumento de energía cinética de B a C es igual a la disminución de energía potencial de B a C:
La altura en C es igual a 0, por lo que el cambio de energía potencial es:
Entonces, el aumento de energía cinética entre B y C es de 9,8 joules.