Energía mecánica
La energía mecánica es la capacidad de un cuerpo de generar movimiento y de realizar un trabajo mecánico. Es lo que le permite interactuar con otros cuerpos en un sistema y transferir energía.
La energía mecánica es la base para comprender la mecánica o el estudio del movimiento y reposo de los objetos. También aborda las fuerzas que los influencian, la geometría del movimiento (mecánica cinemática) y la ciencia del equilibrio (mecánica estática).
Todo cuerpo posee energía mecánica expresada mediante energía cinética, potencial, o ambas. Las energías cinética y potencial son los dos tipos de energía que componen la mecánica, y sin las cuales el cuerpo no podría realizar un trabajo o transmitir energía a otros.
Por ejemplo, cuando golpeamos un saco o pera de boxeo, aprovechamos la energía mecánica de nuestro cuerpo para aplicar una fuerza sobre el objeto. En consecuencia, el saco se balancea acorde a la fuerza aplicada. Si aplicamos mucha fuerza, gran parte de nuestra energía mecánica se transfiere al saco, este golpeará un sensor, y la máquina indicará cuánta fuerza hemos aplicado.
Según el Sistema Internacional de Unidades, la energía mecánica se mide en julios o J, y su símbolo es Em o Emec. En ocasiones se emplean otras unidades como las calorías, que equivalen a 4,1868 julios.
James Prescott Joule, en los años 1840, presentó la idea del calor producido por el trabajo mecánico. Es decir, estableció una conexión entre la energía térmica y la energía mecánica.
Tipos y fórmula de la energía mecánica
La energía mecánica es la suma de dos tipos de energía cuyos valores varían según las circunstancias y las interacciones entre cuerpos. Estos dos tipos son la energía mecánica potencial y la energía mecánica cinética.
La energía mecánica potencial o energía mecánica estática es aquella que está almacenada en un cuerpo debido a su posición o la configuración que tenga en un instante dado. En otras palabras, es aquella energía cuando el cuerpo está quieto, y que se puede transformar en otras energías en condiciones ideales. Se suele simbolizar como EP o U.
A su vez, la energía mecánica potencial presenta otros tipos, como la potencial gravitatoria o la potencial elástica.
La energía mecánica cinética o energía mecánica cinemática es aquella que se da cuando un cuerpo vibra o se desplaza; por lo tanto, solo se presenta en cuerpos en movimiento. Se suele representar como EC o K, y presenta algunos subtipos como la energía cinética de traslación o de rotación.
Como la energía mecánica es la suma de la potencial y la cinética, podemos ilustrar esta relación con la siguiente fórmula:
EM = EP + EC
En el que:
- EM es la energía mecánica;
- EP es la energía potencial;
- y EC es la energía cinética.
A su vez, las energías potencial y cinética tienen sus propias fórmulas que nos permiten calcular sus valores según parámetros como la masa o la velocidad. En este caso, la fórmula es:
En el que:
- m es masa del cuerpo tanto en la energía potencial como cinética;
- g es la fuerza de la gravedad que atrae al cuerpo;
- h es la altura del cuerpo con respecto a un punto de referencia;
- v es la velocidad del cuerpo.
Vea también Energía Cinética y Energía Potencial.
Ejemplos de energía mecánica
Un ejemplo de energía mecánica es al emplear un martillo para golpear un clavo. Cuando tomamos el martillo y nos situamos, antes de golpear, tanto el martillo como el clavo poseen una energía potencial, pero no cinética.
En el momento que golpeamos el clavo, este y el martillo se mueven, por lo que ambos tienen energía cinética. Si seguimos con esta rutina varias veces, los componentes de la energía mecánica de los dos objetos varían con el tiempo.
Otro ejemplo es cuando una bola de boliche golpea los bolos. Antes de chocar contra ellos, los bolos poseen una energía mecánica compuesta solo de energía potencial. En el momento en que la bola colisiona con los bolos, estos salen disparados e impactan contra las paredes o entre sí. Durante unos segundos, los bolos presentan energía cinética hasta que dejan de moverse.
Un tercer ejemplo es la quema de combustible para que los vehículos se desplacen. El combustible posee una energía potencial que, al quemarse, se transmite al vehículo en forma de energía mecánica. Debido al calor, diversas piezas del vehículo se mueven y transmiten este movimiento a las ruedas, lo que permite que el vehículo se desplace.
Otros ejemplos de energía mecánica son:
- La caída de una pelota que rebota varias veces hasta quedarse quieta
- El desplazamiento con una bicicleta o monopatín
- La energía hidráulica, que aprovecha la energía potencial y cinética del agua para transformarlas en otras
- Levantar un objeto pesado y moverlo a otro sitio
- Los molinos de viento, cuyas astas se mueven según la fuerza aplicada por los vientos
Características de la energía mecánica
La energía mecánica está presente en todos los cuerpos, ya sea que estén quietos o en movimientos. Todos los cuerpos poseen una energía que puede expresarse en potencial o cinética, y que es lo que les permite realizar un trabajo al interactuar con otros cuerpos o al haber cambios en el sistema.
La energía mecánica obedece al Principio de conservación de energía, que estipula que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Por esa razón, en un sistema cerrado, la energía mecánica siempre es constante a lo largo del tiempo; lo que cambia es el valor de sus componentes (energía potencial y cinética).
En un sistema real o abierto, la energía mecánica de un cuerpo varía con el tiempo. Esto es debido a la transmisión de energía en presencia de otras fuerzas como la fricción o la interacción entre cuerpos. Además, la energía mecánica se puede disipar o transformar en otras como la energía térmica o eléctrica.
Esta energía es una magnitud escalar, es decir, se expresa por un módulo o valor único que es el mismo para todo observador. Para determinar el valor de la energía mecánica, no precisamos de dirección, como sucede con las magnitudes vectoriales.
Vea también Energía y Mecánica (Rama de la Física).
Cómo citar: Rhoton, Stephen (25/03/2025). "Energía mecánica". En: Significados.com. Disponible en: https://www.significados.com/energia-mecanica/ Consultado: 31 de marzo de 2025, 08:20 pm.
