La energía mecánica es la capacidad de un cuerpo de producir una cantidad determinada de trabajo a través de la alteración de su posición o su velocidad.
Dicha capacidad suele entenderse como la sumatoria de tres formas de energía: la energía cinética, la energía elástica y la energía potencial, a saber:
- Energía cinética. Es la energía que atañe al movimiento de los cuerpos.
- Energía potencial. Se llama así a la cantidad de energía almacenada en un cuerpo de acuerdo a su posición y configuración.
- Energía elástica. Es intrínseca a la capacidad de elasticidad (de perder y recuperar su forma original de cara a un estímulo externo) de los cuerpos.
Así, la fórmula básica de cálculo de la energía mecánica, atendiendo sólo a las fuerzas conservativas de un cuerpo:
Emec = Ec + Ee + Ep
Mientras que para casos de sistemas de partículas, conviene atender a otras consideraciones matemáticas ya que en ellos la energía mecánica no se conserva.
En líneas generales, la energía mecánica se emplea para llevar a cabo numerosos trabajos de tipo industrial o logístico, por lo que se encuentra presente en casi todos los ámbitos de la vida en que hay movimiento.
Además es el principio que rige otras formas de energía como:
- Energía hidráulica. Consiste en aprovechar las caídas de agua para transformar la energía potencial en otras formas de energía.
- Energía eólica. Obtenida por el aprovechamiento de la energía potencial del viento para llevar a cabo otros trabajos.
- Energía mareomotriz. Un tipo de energía cinética aprovechable, contenida en las olas y el movimiento de las mareas.
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Ejemplos de energía mecánica
- Centrales generadoras hidroeléctricas. Emplazadas en las grandes cascadas o caídas de ríos, que garantizan un flujo constante de agua en movimiento, las plantas hidroeléctricas generan electricidad a partir de la energía mecánica contenida en el impacto del agua sobre las turbinas.
- El movimiento de los resortes. Cuando se hallan comprimidos, los resortes acumulan energía elástica y energía potencial, que al liberarlos se transforma en energía cinética, pues el resorte se pone inmediatamente en movimiento. Todas estas formas de energía son casos de energía mecánica.
- Deslizarse por un tobogán. Este juego infantil permite convertir la energía potencial gravitatoria (proveniente de la gravedad y acumulada en el propio cuerpo) en energía cinética al resbalar hacia abajo por la superficie.
- Tirar de una resortera. La clásica resortera, china o gomera, en la que se emplea una horqueta en forma de Y junto a una banda elástica para arrojar proyectiles, es un buen ejemplo de energía mecánica: la energía elástica de la banda se acumula al tensarla y luego se transforma en energía cinética que se imprime sobre la piedra arrojada por los aires.
- Encender una licuadora. Este electrodoméstico, al igual que una batidora o una máquina de afeitar, emplea energía eléctrica del tomacorriente para impulsar a través de un motor la energía cinética de sus aspas o extremidades cortantes.
- Dar cuerda a un juguete. Los antiguos juguetes de cuerda operaban en base a la acumulación de energía elástica de la hojalata o los resortes interiores, cuya liberación empuja el juguete hacia adelante (energía cinética).
- El mecanismo de los relojes de aguja. Los relojes funcionan en base a un conjunto de engranajes que transmiten la electricidad de las baterías al sistema de las distintas manecillas, que interactúa entre sí de manera coordinada y transmita oportunamente el movimiento (energía cinética) del segundero al minutero y el de éste a su vez al horario.
- El pedaleo de la bicicleta. Las bicicletas operan en base a la transmisión de la energía cinética de las piernas del ciclista (y por lo tanto su fuerza capaz de vencer la resistencia del sistema) a las ruedas del vehículo, incrementando o disminuyendo así la energía mecánica debido a la energía potencial de la bicicleta dependiendo de si esté en bajada o en subida.
- Empujar un mueble de un sitio a otro. Para poner en marcha un objeto pesado debemos hacer acopio de nuestra fuerza y, venciendo la fuerza de roce, transmitirle nuestra energía cinética para que se mueva junto con nosotros.
- Sacar agua de un pozo. Esta labor se lleva a cabo mediante una polea y nuestra fuerza, que transmite la energía cinética de dar vuelta al mango de la polea a las cuerdas en su interior y permite elevar el peso de la cubeta llena de agua. Claro que, si liberamos el mango, la gravedad provocará un efecto idéntico pero en sentido contrario y la cubeta se internará de nuevo en el pozo.
- Liberar el agua de una represa. La energía potencial del agua represada, proveniente de su masa y su volumen, es transformada en energía cinética cuando se abren las compuertas de la represa y las aguas se precipitan siguiendo su cauce.
- Un cuerpo humano corriendo. La energía química contenida en los alimentos y la glucosa extraída de ellos, sirve al cuerpo humano de combustible para emprender sus numerosas tareas, tanto físicas como bioquímicas. Un cuerpo humano corriendo, por ejemplo, es la evidencia de la transformación de dicha energía química en fuerza muscular y, posteriormente, en energía cinética, a medida que ganamos movimiento. Dicha energía es perceptible cuando intentemos frenar, y debamos resistir el “envión” que nos empujará a continuar la trayectoria.
- Levantar carga con una polea. Este principio es empleado en el sector de la construcción con muchísima frecuencia. Consiste en tirar de una cuerda, imprimiéndole fuerza con el propio peso, para convertir esa energía potencial en energía cinética que tire del peso hacia arriba, donde alguien podrá recibirlo. En el caso de un sistema más complejo de poleas, el peso del objeto puede distribuirse a lo largo del sistema y así minimizar la fuerza inicial requerida.
- Turbinas a gas. Muchas turbinas son movilizadas por un gas en expansión (como resultado de un incremento en su temperatura), lo cual supone la puesta en marcha de la energía cinética que habrá, a su vez, de convertirse en energía eléctrica aprovechable.
- Los molinos de viento. Estos aparatos convierten la energía cinética del viento, que empuja sus aspas, en otras formas de energía mecánica que movilizan la rueda y activan el engranaje que muele los granos en su interior.
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