Enerxía mecánica

En física a enerxía mecánica describe o onxunto da enerxía cinética e a enerxía potencial dun corpo. É a enerxía asociada co movemento e a posición dun obxecto. Nun sistema onde só actúen forzas conservativas, cúmprese o principio de conservación da enerxía mecánica: "en todo momento a suma da enerxía mecánica de tódolos corpos do sistema é constante", é dicir, "a enerxía mecánica non se crea nin se destrúe, simplemente transfórmase ou pasa dun corpo a outro". Isto só acontece en sistemas ideais, pois as forzas de rozamento ( fricción) impiden que existan sistemas conservativos puros. Inda así, hai certas condicións (ausencia de atmosfera, rozamento case nulo) en que se pode facer esta aproximación.

Un exemplo dun sistema mecánico: un satélite orbitando a Terra influenciado só pola forza conservativa gravitatoria; a súa enerxía mecánica, polo tanto, consérvase. A aceleración do satélite é representada polo vecor verde e a súa velocidade polo vermello. Se a órbita do satélite é unha elipse , a enerxía potencial do satélite e a súa enerxía cinética varían co tempo, pero a suma de ambas permanece constante.

Se un obxecto é movido en sentido oposto a unha forza conservativa neta, a enerxía potencial incrementarase e se a celeridade do obxecto cambia, a a enerxía cinética do obxecto cambia asemade. Nun sistema real, non obstante, as forzas non conservativas como a, están presentes, mais con frecuencia con valores desprezables, e a constancia da enerxía mecánica é unha boa aproximación. Nas colisións elásticas consérvase a enerxía mecánica, pero non nas colisións inelásticas, nas que parte da enerxía é convertida en calor ou en enerxía interna. O equivalente entre a enerxía mecánica perdida (disipación) e o incremento da temperatura foi descuberto por James Prescott Joule.

Moitos aparellos teñen como finalidade a conversión da enerxía mecánica noutros xeitos de enerxía ou doutras enerxía en mecánica, por exemplo, un motor eléctrico converte enerxía eléctrica en enerxía mecánica, un xerador eléctrico converte enerxía mecánica en enerxía eléctrica e unha máquina de vapor converte calor en enerxía mecánica.

Xeral

A enerxía é unha magnitude escalar e a enerxía mecánica dun sistema é a suma da enerxía potencial, dada pola posición das partes dun sistema, e a cinética, chamada asemade enerxía do movemento:

$E_{\mathrm {mec} }=U+K\,$

A enerxía potencial, U, depende da posición dun obxecto suxeto a unha forza conservativa. Está definida como a habilidade dun obxecto para facer traballo, e aumenta cando o obxecto móvese en sentido oposto ó da forza. Se F representa a forza conservativa e x a posición, a enerxía potencial da forza entre dúas posicións x₁ e x₂ está definida como a integral negativa de F entre x₁ e x₂:

$U=-\int _{x_{1}}^{x_{2}}{\vec {F}}\cdot d{\vec {x}}$

A enerxía cinética, K, depende da celeridade dun obxecto e é a capacidade dun obxecto móbil de facer un traballo sobre outro obxecto cando choca con el. defínese como como un medio do produto da masa do obxecto polo cadrado da súa celeridade, e a enerxía cinética total dun sistema de obxectos é a suma das enerxías cinéticas dos obxectos respectivos:

$K={1 \over 2}mv^{2}$

O Principio de conservación da enerxía mecánica establece que se un corpo ou sistema está suxeto só a forzas conservativas, a enerxía mecánica de dito corpo ou sistema permanece constante. A diferenza entre unha forza conservativa e outra non conservativa é que cando a forza conservativa move un obxecto dun lugar a outro, o traballo feito pola forza conservativa é independente do camiñoa seguido entre ambos. Polo contrario, cando unha forz<a non conservativa actúa sobre un obxecto, o traballo feito por ela si depende do camiño seguido entre o punto de partida e o punto de chegada.