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Energía

Trabajo, energía cinética, energía potencial, conservación de la energía y potencia, con los cálculos resueltos. En el laboratorio de energía pruebas una montaña rusa con barras de energía y un deslizador de fricción; también puedes empujar o elevar una carga para observar el trabajo y la potencia.

Progreso

Acerca de este curso

Presentar un examen o sostener una bolsa pesada se siente como trabajo duro, pero en física ninguna de las dos cosas cuenta. El trabajo tiene un significado estricto: una fuerza realiza trabajo sobre un objeto solo cuando el objeto se mueve, y solo mediante la parte de la fuerza que apunta en la dirección del movimiento. Cuando se realiza trabajo, se transfiere energía, y ese vínculo es la razón por la que la idea importa.

Las seis unidades son qué es la energía, el trabajo como fuerza por distancia, la energía cinética, la energía potencial, la conservación de la energía y la montaña rusa, y la potencia. Un jardinero empuja una cortadora de césped con 75.0 N a lo largo de un mango inclinado 35° bajo la horizontal durante 25.0 m, y el trabajo es 75.0 × 25.0 × cos 35° = 1536 J, es decir, 0.37 kcal de energía de los alimentos. La energía cinética lleva un cuadrado, así que pasar de 60 km/h a 90 km/h es 1.5 veces la rapidez pero 2.25 veces la distancia de frenado. Si se usa la fórmula al revés, una pelota de tenis a 100 km/h con unos 22 J da una masa de 57 g, que es la masa de una pelota de tenis real. El laboratorio de energía hace funcionar una montaña rusa con barras de energía y un control deslizante de fricción, y te deja empujar o levantar una carga para ver el trabajo y la potencia.

En la montaña rusa, la energía potencial se convierte en energía cinética al bajar una colina y vuelve a convertirse al subir la siguiente. Los rieles y el aire reales realizan trabajo negativo, así que KE + PE disminuye poco a poco, pero la energía no se destruye: KE + PE + calor se mantiene igual. La unidad de potencia da 1 hp = 746 W y señala que un foco incandescente de 60 W produce solo unos 5 W de luz.

Antes de empezar

El trabajo es fuerza por distancia, así que conviene saber qué es un newton gracias a Fuerzas y qué es la rapidez gracias a Movimiento. Las fórmulas incluyen un cuadrado para la energía cinética y un coseno para un problema de cortadora de césped, y la mayoría de las respuestas necesitan una calculadora.

Al terminar

Podrás calcular el trabajo a partir de una fuerza y una distancia, la energía cinética de un auto y la energía potencial almacenada al levantar una caja o comprimir un resorte. Podrás explicar por qué duplicar la rapidez cuadruplica la energía cinética, predecir la rapidez de una montaña rusa al pie de una colina, hallar la potencia de alguien que sube corriendo las escaleras y convertir el uso diario de una computadora en kWh.

  1. 1Qué es la energíaUn julio permite elevar una manzana de 100 g aproximadamente 1 m; un automóvil de 1000 kg a 90 km/h lleva unos 310 000 julios.
  2. 2Trabajo: fuerza por distanciaEmpujar una cortadora de césped 25 m con 75 N a 35° por debajo de la horizontal realiza 1540 J de trabajo, aproximadamente un tercio de una Caloría alimentaria.
  3. 3Energía cinéticaUn automóvil a 100 km/h lleva cuatro veces la energía cinética que tiene a 50 km/h.
  4. 4Energía potencialElevar 1 m una pesa de 0.500 kg de un reloj de cuco almacena 4.90 J, que el reloj gasta mientras la pesa desciende.
  5. 5Conservación de la energía y la montaña rusaUna montaña rusa que parte del reposo desde lo alto de una colina de 20.0 m alcanza 19.8 m/s abajo si la fricción es despreciable, sea cual sea su masa.
  6. 6Potencia: qué tan rápido se realiza trabajoUna mujer de 60.0 kg que sube corriendo una escalera de 3.00 m en 3.50 s desarrolla 538 W, algo menos de un caballo de potencia.

Cursos relacionados

  • Movimiento
    Posición, rapidez, velocidad y aceleración, y después la caída y el vuelo de los objetos. En el laboratorio de movimiento lanzas una pelota en la Tierra, la Luna o Marte y ves cómo se calculan el tiempo, la altura y el alcance.
  • Fuerzas
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    Qué es una onda, cómo se relacionan la longitud de onda, la frecuencia y la rapidez, cómo se propaga el sonido, cómo se suman las ondas, por qué las cuerdas y los tubos suenan con notas determinadas y qué es el espectro electromagnético. En el laboratorio de ondas ves cuerdas, resortes, sonido en un tubo, cubetas de ondas y ondas estacionarias, calculados con las mismas fórmulas de las unidades.
  • Luz
    Sombras y propagación rectilínea de la luz, espejos, refracción y reflexión interna total, lentes y el ojo, colores y prismas, y el largo esfuerzo por medir la rapidez de la luz. En el laboratorio de ondas sigues rayos a través de vidrio, agua y lentes, trazados con la ley de Snell y la ecuación de las lentes delgadas.
Fuentes de este curso (8)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 7.1 Work: the scientific definition (W = F d cos θ, briefcase cases, 1 J = 1 N·m, 1 J lifts a 100 g apple about 1 m, lawn mower 75.0 N at 35° for 25.0 m = 1.54 × 10³ J, 1 kcal = 4186 J, under 10% of food energy goes into work)
  • 7.2 Kinetic energy and the work-energy theorem (KE = ½ m v², 30.0 kg package at 0.500 m/s = 3.75 J, 120 N push with 5.00 N friction over 0.800 m = 92.0 J net, final speed 2.53 m/s, a car at 100 km/h has four times the KE it has at 50 km/h)
  • 7.3 Gravitational potential energy (ΔPE = m g h, reference level, path independence, 0.500 kg cuckoo clock weight raised 1.00 m = 4.90 J, 60.0 kg person landing stiffly from 3.00 m, roller coaster 20.0 m hill: 19.8 m/s, and 20.4 m/s with a 5.00 m/s start, mass cancels)
  • 7.4 Conservative forces and potential energy (spring PE = ½ k x², 0.100 kg toy car, k = 250 N/m, 4.00 cm, 0.180 m rise)
  • 7.5 Nonconservative forces (friction turns mechanical energy into thermal energy)
  • 7.6 Conservation of energy (statement of the law, forms of energy, Table 7.1: 1000 kg car at 90 km/h 3.1 × 10⁵ J, tennis ball at 100 km/h 22 J, mosquito 1.3 × 10⁻⁶ J, daily food intake 1.2 × 10⁷ J, 1 gallon gasoline 1.2 × 10⁸ J, 1 g fat 3.9 × 10⁴ J; efficiency, Table 7.2: cycling and climbing 20%, swimming at the surface 2%, gasoline engine 30%, diesel 35%, coal power plant 42%, electric motor 98%, solar cell 10%)
  • 7.7 Power (P = W ÷ t, 1 W = 1 J/s, 1 hp = 746 W, 60.0 kg woman up 3.00 m stairs in 3.50 s reaching 2.00 m/s = 538 W, Table 7.3: Sun 4 × 10²⁶ W, car 8 × 10⁴ W, person at rest 100 W, heart at rest 8 W, clothes dryer 4 × 10³ W, a 60 W incandescent bulb gives 5 W of light, power plants turn 35 to 40% of fuel energy into electricity, E = P t, 0.200 kW computer 6.00 h a day for 30.0 days = 36.0 kWh, $4.32 at $0.120 per kWh)
  • g = 9.8 m/s² as in OpenStax examples (NIST standard gravity 9.80665 m/s², physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?gn).

Fecha de consulta: 2026-10-17