Ley de la conservación de la energía.
La ley de conservación de la energía, también conocida como primer principio de la termodinámica es una de las leyes fundamentales de la física y su teoría establece que “aunque la energía se puede convertir de una forma a otra no se puede crear ni destruir”
La energía es la capacidad de los cuerpos o sistemas de cuerpos para efectuar un trabajo. Todo sistema que pasa de un estado a otro produce fenómenos físicos o químicos que no son más que manifestaciones de alguna transformación de la energía, pues esta puede presentarse en diferentes formas: cinética, potencial, eléctrica, mecánica, química. Siempre que se produzca una cantidad de una clase de energía se deberá consumir una cantidad exactamente equivalente de otra clase o clases.
Cuando un sistema se encuentra en un estado particular se caracteriza por un valor de su energía interna que es la sumatoria de la energía cinética y potencial de todas las partículas que componen el sistema. Al tomar la energía interna como un todo, no es necesario especificar los diferentes tipos de energía intrínsecos de las partículas componentes. Esto significa que cualesquiera que sean las interacciones del sistema con los alrededores, la energía que este cede o recibe de ellos se traduce exclusivamente en un aumento o disminución de su energía interna (U) lo cual simplifica extraordinariamente el estudio del sistema y sus interacciones. La energía interna (U) se mide en Joule (J).
Experimento:
Objetivo: Demostrar que la energía potencial puede transformarse en energía cinética y viceversa.
Materiales
- Una botella de plástico
- Cinta adhesiva
- Dos pelotas saltarinas de goma (una más pequeña que otra)
- Tijeras
¿Cómo funciona?
En este experimento de física, lo que ocurren son transformaciones de energía.
Cuando elevamos la pelota pequeña hasta la altura “A”, generamos un trabajo sobre ella el cual queda almacenado como energía potencial. La fórmula para calcularla tiene la siguiente forma:
Ep=energía potencia; m=masa; g=aceleración de la gravedad; h=altura “A” (en este caso en particular)
Cuando la soltamos, toda esa energía se va convirtiendo en energía cinética, a medida que la pelota se acelera, aumenta su velocidad y se acerca al piso. La fórmula con que se calcula la energía cinética es la siguiente:
Ec=energía cinética; m=masa; v=velocidad del cuerpo en un instante dado
Cuando la pelota choca el piso, toda esa energía de movimiento (energía cinetica) se transforma en energía elástica, es decir, la goma se comprime y es allí donde se almacena la energía. Dicha energía es devuelta, y es por eso que la pelota se acelera nuevamente hacia arriba, hasta una determinada altura.
Si todo fuese ideal y “perfecto” la altura de rebote debería ser igual a la altura “A” desde donde la soltamos. Pero en todo proceso real hay “pérdidas”, y en esta caso en particular parte de la energía cinética se transforma en calor al momento del impacto.
Ahora analicemos el caso en que soltamos ambas pelotas desde la misma altura “A”. No cabe duda que al ser mayor ahora la masa total, hay mas energía potencial almacenada. La velocidad al momento de tocar el piso será la misma que cuando soltamos la pelota sola, pues esto se debe solamente a la aceleración de la gravedad, la cual no varía. Pero si habrá más energía cinética, obviamente porque la masa es mayor.
Toda esa energía se transforma en energía elástica al momento del impacto, y es luego liberada, pero la disposición de una pelota sobre la otra impide que la mayor rebote. ¿Y qué sucede entonces con la energía de ella? Esta energía es transferida a la pelota mas pequeña. Ello explica porque la altura de rebote es mayor que la altura “A” desde la cual se soltó el sistema. Recuerda siempre lo siguiente:
La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma
Es justamente por lo anterior, que cuando soltamos solamente la pelota pequeña, la misma nunca podrá alcanzar al rebotar una altura mayor a la “A”, ya que sino estaríamos “creando energía”, lo cual es imposible.
Como dijimos antes, en los procesos reales parece que ésto no ocurre (conservación de la energía), pero en realidad lo que sucede es que parte de la energía suele transformarse en calor, luz, sonido, etc.
Dependiendo de la dificultad con que desees preparar estos experimentos de física, puedes realizar cálculos para ver qué porcentaje de la energía se ha transformado en calor (despreciando la resistencia del aire).
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Bibliografía
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