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5 marzo 2024

¿Qué es la energía mecánica y quién la descubrió?

¿Conoces la frase “la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma”? Esta afirmación tan extendida por la comunidad científica explica de forma muy clara el funcionamiento de la energía mecánica. 

Energía mecánica

En el centro de innumerables fenómenos naturales, la energía mecánica se erige como un pilar fundamental. Esta forma de energía es el motor que hay detrás del movimiento de los cuerpos, pero ¿cómo se conceptualiza y cuáles son sus componentes?

La energía mecánica tiene doble capacidad: está compuesta por energía cinética y energía potencial. La primera es la energía del movimiento. Por ejemplo, el desplazamiento que hace una pelota rodando cuesta abajo es energía cinética. Y cuanto más rápido se mueva la pelota, mayor será esta energía.

La energía potencial se encuadra dentro de la ecuación porque es la energía almacenada que poseen los objetos en virtud de su posición o configuración. Un arco con la cuerda tensada, a pesar de estar en reposo, alberga energía potencial lista para ser transformada en movimiento, influenciadas por fuerzas como la gravedad o la elasticidad.

La suma de estas dos formas de energía da como resultado la energía mecánica:

Energía potencial (Ep) + energía cinética (Ec) =
energía mecánica (Em)

Esta interacción es la base de procesos energéticos que impulsan tanto fenómenos naturales como aplicaciones humanas, desde el agua que cae de una cascada hasta el funcionamiento de los parques eólicos.

La energía mecánica también juega un papel crucial en la transformación y aprovechamiento de otras formas de energía, como la hidráulica, la eólica y la mareomotriz. Estos ejemplos son un reflejo de cómo la capacidad de la energía mecánica es indispensable en la búsqueda de soluciones energéticas sostenibles y eficientes.

A medida que se indaga en este concepto, surgen preguntas que fomentan la curiosidad sobre este fenómeno: ¿cómo ha evolucionado a lo largo de la historia? ¿Quién fue el primero en hablar de ella?

 

Origen de la energía mecánica

El trabajo pionero de James Prescott Joule en la década de 1840 fue fundamental para establecer la conexión entre la energía mecánica y el calor, sentando las bases para la primera ley de la termodinámica. Su experimento, conocido como el "experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor", fue clave para demostrar que el calor podía generarse a partir de la energía mecánica y viceversa.

James Joule fue un físico británico destacado por sus contribuciones significativas en los campos de la electricidad, la termodinámica y la relación entre el magnetismo y el trabajo mecánico. Sus experimentos demostraron la correspondencia entre el calor y otras formas de energía, estableciendo la idea fundamental de la conservación de la energía.

Este proceso se rige por el principio de conservación de la energía, en el cual la energía permanece constante en un sistema si no hay fuerzas que provocan su disminución. Y, si alguna forma de energía no logra mantener esta constancia, entonces el principio de conservación no se cumple

En su artículo de 1845, "The Mechanical Equivalent of Heat" ("El equivalente mecánico del calor"), Joule proporcionó una estimación numérica del equivalente mecánico del calor. Su valor, 4,24 J·g-1·°C, resultó ser muy cercano al valor aceptado en la actualidad por la comunidad científica, que es de 4,27 J·g-1·°C. Este trabajo revolucionario contribuyó de manera significativa al desarrollo de la teoría de la conservación de la energía y marcó un hito en la comprensión de la relación entre distintas formas de energía.

Como reconocimiento a sus contribuciones, la unidad internacional de energía, calor y trabajo, el julio (J), fue nombrada en su honor. El julio es la unidad utilizada para medir la energía y el trabajo en el Sistema Internacional de Unidades (SI).

Formas de la energía mecánica en actividades cotidianas

La energía mecánica se encuentra en diferentes lugares y situaciones de nuestra vida cotidiana. Los animales a menudo utilizan y convierten la energía mecánica en sus actividades diarias. Por ejemplo, sus músculos convierten la energía química obtenida gracias a los nutrientes en energía mecánica para permitir el movimiento, como correr, saltar, nadar o volar.

Columpios, toboganes y otros equipos de juego en parques infantiles implican la transferencia de energía mecánica mientras los niños juegan. Lo mismo sucede en los parques de atracciones, donde un carrito en la cima de una montaña rusa acumula energía potencial gravitatoria gracias a su elevación. Un segundo después, se libera, transformando toda esa energía en una vertiginosa velocidad mediante la caída libre.

Esta energía también está presente en el campo de la arquitectura. En algunos edificios modernos, se incorporan sistemas que aprovechan la energía mecánica generada por las personas al caminar. Los pasillos y escaleras se diseñan para convertir parte de la energía cinética de las pisadas en electricidad.

La energía mecánica es esencial en diversas actividades económicas y tiene una gran importancia debido a su capacidad de transformación. La ley de conservación de la energía y los principios de la termodinámica establecen que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma de una forma a otra. En este contexto, la energía mecánica puede convertirse en otras formas de energía para satisfacer diversas necesidades y usos en la sociedad.

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