Trabajo, potencia, energía mecánica y calor
4.º de ESORuta de edumaterial
Qué vas a aprender
- Calcular trabajo y potencia distinguiendo fuerza, desplazamiento y tiempo.
- Aplicar energía cinética, potencial y conservación de la energía mecánica.
- Interpretar calor y ondas como mecanismos de transferencia de energía y resolver calentamientos sencillos.
Antes de empezar
- Calcular fuerzas y velocidades.
- Usar unidades del SI.
- Distinguir energía de temperatura.
La energía cambia de forma o se transfiere
La energía describe la capacidad de producir cambios. Un sistema puede almacenarla como energía cinética, potencial u otras formas, y transferirla mediante trabajo, calor o radiación.
Conservar energía no significa conservar siempre energía mecánica: el rozamiento puede transformar parte de ella en energía interna mientras la energía total sigue conservándose.
Trabajo y potencia
- W = Fd cos θ; P = W/t
- El trabajo de una fuerza constante depende de la componente paralela al desplazamiento. Se mide en julios. La potencia mide la rapidez de transferencia y se expresa en vatios.
Energía mecánica
- Ec = ½mv²; Ep,g = mgh
- La energía cinética depende del cuadrado de la velocidad. Cerca de la superficie terrestre, la energía potencial gravitatoria depende del nivel de referencia elegido; las diferencias de energía son las que tienen significado físico.
Conservación mecánica
- Define el sistema y dos estados.
- Fija un nivel cero para la energía potencial.
- Si solo actúan fuerzas conservativas, iguala Ec + Ep entre estados.
- Si hay rozamiento u otra transferencia, incorpora su trabajo o la energía transferida.
- Comprueba que todas las energías estén en julios.
Calor, temperatura y ondas
El calor es energía transferida por diferencia de temperatura, no una sustancia almacenada. Sin cambio de estado, Q = mcΔT; durante un cambio de estado se usa el calor latente correspondiente.
La luz y el sonido transportan energía mediante ondas. El sonido necesita un medio material; la luz electromagnética puede propagarse por el vacío. Transportar energía no implica transportar materia de un punto a otro con la onda.
Velocidad al descender sin pérdidas
Un carrito parte del reposo 7,2 m por encima del valle; toma g = 9,8 m/s².
- mgh se transforma en ½mv².
- La masa se cancela.
- v = √(2gh) = √(2 × 9,8 × 7,2).
v ≈ 11,9 m/s.
Esfuerzo cotidiano no siempre es trabajo mecánico
Sujetar inmóvil una caja realiza trabajo mecánico sobre ella porque cansa.
Si la caja no se desplaza, el trabajo mecánico de esa fuerza sobre la caja es cero.
El organismo consume energía interna, pero la definición de trabajo sobre el objeto exige desplazamiento.
Compruébalo ahora
Una fuerza paralela de 200 N desplaza una carga 5,0 m en 4,0 s. Calcula trabajo y potencia media.
Ver solución explicada
Respuesta: W = 1000 J; P = 250 W.
W = Fd = 200 × 5,0 = 1000 J; P = W/t = 1000/4,0 = 250 W.
Un objeto parte del reposo y desciende 5,0 m sin rozamiento. Calcula su rapidez final con g = 9,8 m/s².
Ver solución explicada
Respuesta: 9,9 m/s aproximadamente.
mgh = ½mv²; v = √(2gh) = √98 = 9,9 m/s. La masa se cancela.
¿Qué calor necesita 0,50 kg de agua para aumentar 10,0 °C? Usa c = 4180 J·kg⁻¹·°C⁻¹ y supone que no cambia de estado.
Ver solución explicada
Respuesta: 20 900 J, es decir, 20,9 kJ.
Q = mcΔT = 0,50 × 4180 × 10,0 = 20 900 J.
Alineación curricular y fuentes
- Física y Química · cuarto curso · bloque C: energía mecánica, trabajo, calor, potencia, luz y sonido como ondas que transfieren energía. · Real Decreto 217/2022, currículo básico de ESO
Cuando lo tengas claro
Practicar esto: Calcular trabajo, potencia y energía mecánicaPracticar esto: Calcular el calor de un calentamiento y de un cambio de estadoMovimiento rectilíneo uniforme y aceleradoDiagramas de fuerzas, dinámica y gravitaciónPresión, principio de Pascal y empuje