UNIDAD 1
ENERGIA
El término energía= fuerzade acción tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.
En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo..
La energía es un concepto fudamental de toda la ciencia, todos estamos familiarizados con el. A pesar de ello es difícil de definir
Vamos a construir de a poco la definición, para eso vamos a tener en cuenta distintas situaciones en las que la energía esta presente:
• Algunas sustancias presentes en los alimentos nos proporcionan mas energía que otras
• Para mover un camión pesado, su motor tiene que entregar mucha mas energía que el motor de un pequeño automóvil
• La factura de electricidad se basa en cuanta energía eléctrica se consumio en un determinado periodo
• La enorme energía liberada en un terremoto puede causar gran destrucción
A cada uno de los modos en que la energia puede manifestarse se lo denomina “forma de energía”
En cada una de las situaciones antes mencionadas ocurre una transformación , de todo lo dicho deducimos que la energía es aquello que permite llevar a cabo una acción o producir una transformación.
La energía se puede acumular en lo que llamamos “fuente de energía” (lugar donde se acumula o guarda la energía), estas fuentes pueden ser naturales como el sol o el viento o artificiales (creadas por el hombre) como una pila o batería
La energía se manifiesta en diferentes formas o tipos y se transforma de un tipo a otro, pero no se crea ni se destruye, esto se manifiesta en el “Principio de conservación de la energía” que dice la energía no se crea ni destruye, solo se transforma.
Dicha transformación de la energía en algunos casos no es deseada por lo que hablamos de rendimiento de la energía y de degradación de la energía
Rendimiento es la relación entre la energía útil (la que se aprovecha) y energía total. Ej. Cuando prendo la luz busco que la energía eléctrica se convierta en lumínica pero la lámpara se clienta por lo que parte de esa energía eléctrica se transforma en calor que para el objetivo buscado es energía no útil.
TIPOS DE ENERGIA
Definimos tipo de energía como las diferentes formas en que se manifiesta la energía. Los tipos mas comunes son:
1. Energía Eléctrica
La energía eléctrica es la energía resultante de una diferencia de potencial entre dos puntos y que permite entablar una corriente eléctrica entre los dos, es decir el pasaje de electrones, para obtener algún tipo de trabajo, también puede transformarse en otros tipos de energía entre las que se encuentran energía luminosa o luz y la energía térmica.
2. Energía lumínica
La energía luminosa es la fracción que se percibe de la energía que trasporta la luz y que se puede manifestar sobre la materia de diferentes maneras tales como arrancar los electrones de los metales, comportarse como una onda o como si fuera materia, aunque la más normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia de forma material o física, también añadimos que esta no debe confundirse con la energía radiante.
3. Energía mecánica
La energía mecánica se debe a la posición y movimiento de un cuerpo y es la suma de la energía potencial, cinética y energía elástica de un cuerpo en movimiento. Refleja la capacidad que tienen los cuerpos con masa de hacer un trabajo. Algunos ejemplos de energía mecánica los podríamos encontrar en la energía hidráulica, eólica y mareomotriz.
4. Energía térmica
La energía térmica es la fuerza que se libera en forma de calor, puede obtenerse mediante la naturaleza y también del sol mediante una reacción exotérmica como podría ser la combustión de los combustibles, reacciones nucleares de fusión o fisión, mediante la energía eléctrica por el efecto denominado Joule o por ultimo como residuo de otros procesos químicos o mecánicos. También es posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en forma de energía térmica calorífica, como la energía geotérmica o la energía solar fotovoltaica.
La obtención de esta energía térmica también implica un impacto ambiental debido a que en la combustión se libera dióxido de carbono ( CO2 ) y emisiones contaminantes de distinta índole, por ejemplo la tecnología actual en energía nuclear da residuos radiactivos que deben ser controlados. Además de esto debemos añadir y tener en cuenta la utilización de terreno destinado a las plantas generadoras de energía y los riegos de contaminación por accidentes en el uso de los materiales implicados, como pueden ser los derrames de petróleo o de productos petroquímicos derivados.
5. Energía Eólica
11. Energía Hidráulica
La energía hidráulica o energía hídrica es aquella que se extrae del aprovechamiento de las energías (cinética y potencial) de la corriente de los ríos, saltos de agua y mareas, en algunos casos es un tipo de energía considerada “limpia” porque su impacto ambiental suele ser casi nulo ( pero en realidad afecta al ecosistema donde se construye la represa)
12. Energía Sonora
Este tipo de energía se caracteriza por producirse debido a la vibración o movimiento de un objeto que hace vibrar también el aire que lo rodea, esas vibraciones se transforman en impulsos eléctricos que nuestro cerebro interpreta en sonidos.
13. Energía Radiante
Esta energía es la que tienen las ondas electromagnéticas tales como la luz visible, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), las ondas de radio, etc.
Su propiedad fundamental es que se propaga en el vació sin necesidad de ningún soporte material, se trasmite por unidades llamadas fotones estas unidades actúan a su vez también como partículas.
14. Energía Fotovoltaica
La energía fotovoltaica y sus sistemas posibilitan la transformación de luz solar en energía eléctrica, en pocas palabras es la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía electromotriz (voltaica). La característica principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo construido de silicio.
15. Energía Química
Es un tipo de energía debido a lasreacciones químicas.
Este defecto o exceso de energía es el que se pone en juego en la reacciónquímica. La energía absorbida o desprendida puede ser de diferentes formas, energía lumínica, eléctrica, etc…, aunque la principal suele ser en forma de energía calorífica. Este calor se suele llamar calor de reacción y suele tener un valor único para cada reacción, las reacciones pueden también debido a esto ser clasificadas en exotérmicas o endotérmicas, según que haya desprendimiento o absorción de calor.
16. Energía iónica
La energía de ionización es la cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental.
Este tipo de energía se obtiene a través del viento, gracias a la energía cinética generada por el efecto de corrientes de aire.
Actualmente esta energía es utilizada principalmente para producir electricidad o energía eléctrica a través de aerogeneradoresLa energía eólica se caracteriza por ser una energía abundante, renovable y limpia, también ayuda a disminuir las emisiones de gases contaminantes y de efecto invernadero al reemplazar a los combustibles fósiles
6. Energía Solar
Nuestro
planeta recibe radiación solar entrante (insolación) desde la capa más alta de
la atmósfera y solo un aproximado 30% es reflejada de vuelta al espacio el
resto de ella suele ser absorbida por los océanos, masas terrestres y
nubes.
El espectro
electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre está ocupado
principalmente por luz visible y rangos de infrarrojos con
una pequeña parte de radiación ultravioleta.La radiación que es absorbida
por las nubes, océanos, aire y masas de tierra incrementan la temperatura
de estas.
El
aire calentado es el que contiene agua evaporada que asciende de los océanos, y
también en parte de los continentes, causando la circulación
atmosférica o convección. Cuando el aire asciende a las capas altas,
donde la temperatura es baja, va disminuyendo su temperatura hasta que el vapor
de agua se condensa formando nubes. El calor latente de la condensación del
agua amplifica la convección y produce losfenómenos naturales tales como
borrascas, anticiclones y viento. La energía solar absorbida por los
océanos y masas terrestres mantiene la superficie a 14 °C. Por
la fotosíntesis de las plantas verdes la energía solar se convierte
en energía química, que produce alimento, madera y biomasa, de la cual
derivan también los combustibles fósiles.
Es obtenida
a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente
del Sol, la radiación solar que alcanza nuestro
planeta también puede aprovecharse por medio de captadores que
mediante diferentes tecnologías (células fotovoltaicas, helióstatos, colectores
térmicos) puede transformarse en energía térmica o eléctrica
y también es una de las calificadas como energías limpias o
renovables.
7.
Energía nuclear
Esta energía es la
liberada del resultado de una reacción nuclear, se puede obtener mediante dos
tipos de procesos, el primero es por Fusión Nuclear (unión de núcleos
atómicos muy livianos) y el segundo es por Fisión Nuclear (división de
núcleos atómicos pesados).
En las reacciones nucleares
se suele liberar una gran cantidad de energía debido en parte a la
masa de partículas involucradas en este proceso, se
transforma directamente en energía. Lo anterior se suele explicar
basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del
gran físico Albert Einstein.
8.
Energía cinética
La energía cinética
es la energía que posee un objeto debido a su movimiento, esta energía
depende de la velocidad y masa del objeto según la ecuación:
E = 1/2mv2
donde
m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al
cuadrado.
La
energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie
se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial
se convierte en energía cinética.
9.Energía potencial
En
un sistema físico, la energía
potencial o gravitatoria es energía que mide la capacidad
que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función
exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en
el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele
abreviarse con la letra Ep.
La
energía potencial depende de la altura, masa del objeto y la gravedad. Se
expresa con la formula
Ep = m g h
Donde
m: es la masa, g es la aceleración de la gravedad cuyo valor depende del astro
en donde se encuentre el objeto ( en la tierra el valor de g es 9,8 m/s2)
.
Más
rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada
a un campo de fuerzas . Cuando la energía potencial está asociada a
un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A
y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre
B y A.
10. Energía Química
Esta energía es
la retenida en alimentos y combustibles, Se produce debido a la
transformación de sustancias químicas que contienen
los alimentos o elementos, posibilita mover objetos o
generar otro tipo de energía.
La energía hidráulica o energía hídrica es aquella que se extrae del aprovechamiento de las energías (cinética y potencial) de la corriente de los ríos, saltos de agua y mareas, en algunos casos es un tipo de energía considerada “limpia” porque su impacto ambiental suele ser casi nulo ( pero en realidad afecta al ecosistema donde se construye la represa)
12. Energía Sonora
Este tipo de energía se caracteriza por producirse debido a la vibración o movimiento de un objeto que hace vibrar también el aire que lo rodea, esas vibraciones se transforman en impulsos eléctricos que nuestro cerebro interpreta en sonidos.
13. Energía Radiante
Esta energía es la que tienen las ondas electromagnéticas tales como la luz visible, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), las ondas de radio, etc.
Su propiedad fundamental es que se propaga en el vació sin necesidad de ningún soporte material, se trasmite por unidades llamadas fotones estas unidades actúan a su vez también como partículas.
14. Energía Fotovoltaica
La energía fotovoltaica y sus sistemas posibilitan la transformación de luz solar en energía eléctrica, en pocas palabras es la conversión de una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía electromotriz (voltaica). La característica principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo construido de silicio.
15. Energía Química
Es un tipo de energía debido a lasreacciones químicas.
Este defecto o exceso de energía es el que se pone en juego en la reacciónquímica. La energía absorbida o desprendida puede ser de diferentes formas, energía lumínica, eléctrica, etc…, aunque la principal suele ser en forma de energía calorífica. Este calor se suele llamar calor de reacción y suele tener un valor único para cada reacción, las reacciones pueden también debido a esto ser clasificadas en exotérmicas o endotérmicas, según que haya desprendimiento o absorción de calor.
16. Energía iónica
La energía de ionización es la cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental.
17. Energía geotérmica
Esta corresponde a la energía que puede ser obtenida en base al aprovechamiento del calor interior de la tierra, este calor se debe a varios factores entre los mas importantes se encuentran el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc.
18. Energía electromagnética
La energía electromagnética se define como la cantidad de energía almacenada en una parte del espacio a la que podemos otorgar la presencia de un campo electromagnético y que se expresa según la fuerza del campo eléctrico y magnético del mismo. En un punto del espacio la densidad de energía electromagnética depende de una suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de campo.
.19. Energía Magnética
Esta energía que se desarrolla en nuestro planeta o en los imanes naturales. es la consecuencia de las corrientes eléctricas telúricas producidas en la tierra como resultado de la diferente actividad calorífica solar sobre la superficie terrestre, y deja sentir su acción en el espacio que rodea la tierra con intensidad variable en cada punto
23. Energía Calorífica
La energía calorífica es la manifestación de la energía en forma de calor. En todos los materiales los átomos que forman sus moléculas están en continuo movimiento ya sea trasladándose o vibrando. Este movimiento implica que los átomos tienen una determinada energía cinética a la que nosotros llamamos calor o energía calorífica.
La energía se mide en joule o en caloría
ACTIVIDAD
1.- Dar tres ejemplos de transformación de energía----------------------------------------------------------------------------------------------------------
UNIDAD 2
FUERZAS
Las fuerzas se clasifican en 2 grandes grupos:
a.- Fuerzas de contacto: son aquellas que deben tocar al cuerpo para ejercer su efecto. Dentro de este tipo podemos mencionar la fuerza de rozamiento (fuerza que tiende a frenar el cuerpo) fuerza de empuje (fuerza hacia arriba ejercida por los fluidos), etc.
b.- Fuerzas a distancia son aquellas que no necesitan tocar al cuerpo para que ejerza su efecto. Podemos mencionar: fuerza magnética (es la ejercida por los imanes), fuerza gravitatoria (es la ejercida por la gravedad)
• La fuerza es un tipo de acción que un objeto ejerce sobre otro objeto (se dice que hay una interacción). Esto puede apreciarse en los siguientes ejemplos:
— un objeto empuja a otro: un hombre levanta pesas sobre su cabeza
— un objeto atrae a otro: el Sol atrae a la Tierra
— un objeto repele a otro: un imán repele a otro imán
— un objeto impulsa a otro: un jugador de fútbol impulsa la pelota con un cabezazo
— un objeto frena a otro: un ancla impide que un barco se aleje.
Dicho de otra manera, si se observa que sobre un cuerpo actúa una fuerza, entonces se puede decir que, en algún lugar, hay otro u otros cuerpos que constituyen el origen de esa fuerza.
• Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se necesita que actúe una fuerza sobre mi persona, tendré que buscar algún otro cuerpo que ejerza una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto ejerza fuerza sobre sí mismo (yo no puedo empujarme, una pelota no puede "patearse" a sí misma).
• La fuerza siempre es
ejercida en una determinada dirección: puede ser hacia arriba o hacia
abajo, hacia adelante, hacia la izquierda, formando un ángulo dado con la
horizontal, etc.Para representar la fuerza se emplean vectores. Los vectores son
entes matemáticos que tienen la particularidad de ser direccionales; es decir,
tienen asociada una dirección. Además, un vector posee módulo, que corresponde a su longitud, su
cantidad numérica y su dirección (ángulo que forma con una línea de
referencia).
Se representa un vector gráficamente a través de una flecha en la
dirección correspondiente
Resumiendo:
Clasificación de las fuerzas
Fuerza impulsiva aplicada
sobre la pelota.
Clasificación de las fuerzas
Las fuerzas se pueden clasificar de acuerdo a algunos criterios:
según su punto de aplicación y según el tiempo que dure dicha aplicación.
Según su punto de aplicación:
a) Fuerzas de contacto: son aquellas en que el cuerpo que ejerce la fuerza está en
contacto directo con el cuerpo que la recibe.
Un golpe de cabeza a la pelota, sujetar algo, tirar algo, etc.
b) Fuerzas a distancia: el cuerpo que ejerce la fuerza y quien la recibe no entran en
contacto físicamente.
El ejemplo más familiar de una fuerza de este tipo es la atracción
gravitatoria terrestre, responsable de que todos los cuerpos caigan hacia el
suelo. Otro ejemplo es la fuerza que un imán ejerce sobre otro imán o sobre un
clavo.
Según el tiempo que dura la aplicación de la fuerza:
a) Fuerzas impulsivas: son, generalmente, de muy corta duración, por ejemplo: un golpe de
raqueta.
b) Fuerzas de larga duración: son las que actúan durante un tiempo comparable o mayor que los tiempos característicos del problema de que se trate.
b) Fuerzas de larga duración: son las que actúan durante un tiempo comparable o mayor que los tiempos característicos del problema de que se trate.
Por ejemplo, el peso de una persona es una fuerza que la Tierra
ejerce siempre sobre la persona. La fuerza que ejerce un cable que sostiene una
lámpara, durará todo el tiempo que la lámpara esté colgando de ese cable. La fuerza
que ejerce el cable sobre un teleférico durará mientras ahí esté.
Asimismo, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser exteriores e interiores.
Asimismo, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser exteriores e interiores.
a) Fuerzas exteriores: son las que actúan sobre
un cuerpo siendo ejercidas por otros cuerpos.
Fuerza impulsiva aplicada
sobre la pelota.
b) Fuerzas interiores: son las que una parte de un cuerpo ejerce
sobre otra parte de si mismo.
Unidades de fuerza
El primer paso para poder cuantificar una magnitud física es establecer una unidad para medirla.
En el Sistema Internacional (SI) de unidades la fuerza se
mide en newtons (símbolo: N).
Cantidad vectorial
Una fuerza es una cantidad vectorial. ¿Qué significa esto?
Significa que tiene tres componentes:
— un
valor, que viene dado por un número y una unidad de medida (25 Newton, por
ejemplo).
— una
dirección, que vendría a ser la línea de acción de la fuerza (dirección
vertical, por ejemplo).
— un
sentido, que vendría a ser la orientación, el hacia dónde se dirige la
fuerza (hacia arriba, por ejemplo).
Estos tres componentes deben estar incluidos en la información de
una fuerza.
Las fuerzas se pueden sumar y restar. No tiene sentido físico el
multiplicarlas o dividirlas.
Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección y en el mismo
sentido, entonces la suma es la suma aritmética de ellas. Si sus valores son 40
Newton y 30 Newton, el resultado sería 70 Newton en la dirección y sentido
común que tienen.
Si sumas dos fuerzas que van en la misma dirección pero sentidos
opuestos y resulta que las dos fuerzas tienen el mismo valor numérico, entonces
la suma de ellas dará como resultado el valor 0. En este caso se puede decir
que las fuerzas se anulan.
Pero ojo: las dos fuerzas deben estar actuando sobre el mismo
cuerpo, de lo contrario no se pueden anular, incluso no podrían sumarse.
Si las fuerzas que se van a sumar no tienen la misma dirección, el
problema se complica bastante y habría que recurrir a procedimientos
geométricos e incluso de trigonometría.
Cuando graficamos una fuerza que actúa sobre un cuerpo, se dibuja
con una flecha partiendo desde el centro del cuerpo
que la recibe.
Sistemas de fuerzas.
Con frecuencia varias fuerzas actúan al mismo tiempo sobre un
mismo cuerpo.
Cuando existe más de una fuerza tenemos lo que se denomina unSistema
de Fuerzas.
Cada una de las fuerzas actuantes recibe el nombre de componentedel sistema.
Cuando varias fuerzas actúan sobre un mismo cuerpo, siempre es
posible sustituirlas por una única fuerza capaz de producir el mismo efecto.
Esa única fuerza que reemplaza a todas se denomina fuerza
Resultante o simplemente Resultante.
Se llama fuerza equilibrante la fuerza igual y contraria a la
resultante.
La resultante de un sistema de fuerzas se puede representar
en forma gráfica, pero también es posible calcular analíticamente (en forma
matemática) su valor o módulo.
Representación gráfica de una
fuerza Resultante
Para mostrar
gráficamente la resultante de
un sistema de fuerzas se procede de la siguiente manera:
1) A partir del extremo de la primera fuerza, se representa (se
copia o se dibuja) la segunda fuerza con su intensidad, dirección y sentido.
2) El vector que une el origen de la primera fuerza con el final
de la segunda fuerza representa, en intensidad, dirección y sentido, la
resultante del sistema.
Diferentes sistemas de fuerzas
:
Sistemas de Fuerzas Colineales
:
Las fuerzas están sobre la misma dirección. En este caso, tenemos
dos situaciones:
Sistema de fuerzas que actúan en el mismo sentido.
Sistema de fuerzas que actúan en sentido contrario.
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