jueves, 15 de marzo de 2012

Energia


El término energía  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. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico

Caracteristicas :


Puede ser TRANSPORTADA. Puede pasar de un lugar a otro, en forma de combustibles fósiles (carbón, petróleo,  gas), mediante tendidos eléctricos.


La energia Se TRANSFIERE. Puede pasar de unos cuerpos a otros. Por ejemplo mezclamos agua caliente con agua fría, pasa energía del agua caliente a la fría.
La energía se CONSERVA. Permanece constante cuando pasa de un cuerpo a otro o cuando una forma de energía se transforma en otra. Esta característica se conoce como el principio de conservación de la energía: la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
La energía se DEGRADA. Hay formas de energía más útiles que otras (en el sentido de que nos permiten provocar más trasformaciones).Una vez que se usa la energía en una transformación determinada, pierde parte de su utilidad.


Mecánica clásica  : En física clásica, la ley universal de conservación de la energía que es el fundamento del primer principio de la termodinámica— indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo.

Mecánica cuántica :Debe tenerse en cuenta que según la teoría de la relatividad la energía definida según la mecánica clásica no se conserva constante, sino que lo que se conserva en es la masa-energía equivalente.Poseen una energía adicional equivalente a , y si se considera el principio de conservación de la energía esta energía debe ser tomada en cuenta para obtener una ley de conservación

En la mecánica se encuentran:
Energía mecánica, que es la combinación o suma de los siguientes tipos:
Energía cinética: relativa al movimiento.
Energía potencial: la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo. Por ejemplo, está la Energía potencial gravitatoria y la Energía potencial elástica (o energía de deformación, llamada así debido a las deformaciones elásticas). Una onda también es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico.

En electromagnetismo se tiene a la:
Energía electromagnética, que se compone de:
Energía radiante: la energía que poseen las ondas electromagnéticas.
Energía calórica: la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación.
Energía potencial eléctrica (véase potencial eléctrico)
Energía eléctrica: resultado de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos.

En la termodinámica están:
Energía interna, que es la suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema.
Energía térmica, que es la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica) mediante la combustión.

En la relatividad están:
Energía en reposo, que es la energía debida a la masa según la conocida fórmula de Einstein, E=mc2, que establece la equivalencia entre masa y energía.
Energía de desintegración, que es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración.

En física cuántica, la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas.
Energía del vacío: un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de materia.

Energía potencial

Es la energía que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración.

La energía potencial gravitatoria asociada a la posición de un cuerpo en el campo gravitatorio (en el contexto de la mecánica clásica). La energía potencial gravitatoria de un cuerpo de masa m en un campo gravitatorio constante viene dada por:
 E =mgh
Donde h es la altura del centro de masas respecto al cero convencional de energía potencial.
La energía potencial electrostática V de un sistema se relaciona con el campo eléctrico mediante la relación:
  E=-grad V

La energía potencial elástica asociada al campo de tensiones de un cuerpo deformable. 
Tan(angulo)=m=k


Energía cinética

La energía cinética es un concepto fundamental de la física que aparece tanto en mecánica clásica, como mecánica relativista y mecánica cuántica.
Ec=1/2mV²








Fluidos

Son sustancia cuyas moléculas presentan gran movilidad y se desplazan libremente debido a la poca cohesión existente entre ellas: los fluidos (es decir, los líquidos y los gases) adoptan la forma del recipiente que los contiene.
Mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.




La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de los fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.


Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.


Características

La posición relativa de sus moléculas puede cambiar de forma abrupta.

Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son fluidos igual que los gases.

Tienen viscosidad, aunque la marviscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos.

Clasificación




Los fluidos se pueden clasificar de acuerdo a diferentes características que presentan en:

Newtonianos

No newtonianos

O también en:

Líquidos

Gases

Incluso el plasma puede llegar a modelarse como un fluido, aunque este contenga cargas eléctricas.
Propiedades

Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.

Propiedades primarias

Propiedades primarias o termodinámicas:

Presión

Densidad

Temperatura

Energía interna

Entalpía

Entropía

Calores específicos

Viscosidad

Propiedades secundarias

Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.

Viscosidad

Conductividad térmica

Tensión superficial

Compresión

Principio de pascal :
Es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

Prensa hidráulica
La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos de maquinaria industrial


P1=P2
La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido

Aplicaciones del principio :


El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter altamente incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es prácticamente constante, de modo que de acuerdo con la ecuación:


P=Po +Pgh

Donde


P- Presion total a la profundidad


Po-Presion sobre la superficie libre del fluido


P-densidad del fluido


g-aceleracion de la fravedad


h-altura media en metro

Podemos afirmar que «fijado un punto de un fluido incompresible en reposo y contenido en un recipiente bajo presión e indeformable, la presión del fluido, es idéntica en todas direcciones, y su tensor tensión viene dado por (4)

Trabajo

En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Se expresa como :
W=F.d = W=F.dcos\alpha 

F es fuerza d es distancia y  \alpha es el angulo




UNIDADES DE TRABAJO
Sistema Internacional de Unidades
Artículo principal: Sistema Internacional de Unidades
Julio o joule, unidad de trabajo en el SI
Kilojulio: 1 kJ = 103 J
Sistema Técnico de Unidades
Artículo principal: Sistema Técnico de Unidades
kilográmetro o kilopondímetro (kgm) = 1 kilogramo-fuerza x 1 metro = 9,80665 J
Sistema Cegesimal de Unidades
Artículo principal: Sistema Cegesimal de Unidades
Ergio: 1 erg = 10-7 J
Sistema anglosajón de unidades
Artículo principal: Sistema anglosajón de unidades
Termia inglesa (th), 105 BTU
BTU, unidad básica de trabajo de este sistema
Sistema técnico inglés
pie-libra (foot-pound) (ft-lb)
Otras unidades
kilovatio-hora
Caloría termoquímica (calTQ)
Termia EEC.
Atmósfera-litro (atm·L)




Simulaciones de Energia y Trabajo

  • Trabajo

En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra  (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.




En este link encontramos una simulacion de trabajo la cual consiste en el trabajo que tiene que realizar una caja para dezplazarse con un peso y una friccion determinada, de esta simulacion podemos concluir que entre mas pese la caja va a tener un trabajo mayor ya que al hacer la simulacion con dos masas diferentes la friccion aumenta en la que tiene mas masa, si aumentamos la friccion tambien va a aumentar el trabajo.


  • Conservacion de la energia


La ley de la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra.




la simulacion muestra una pelota lanzada desde diferentes alturas, con diferente energia, y diferente masa, de esta simulacion se puede analizar que cuando la bola cae al suelo, un porcentaje de su energia original es absorbida por el suelo y hace que rebote la bola, entre mas alta del suelo este la pelota esta va a llegar al suelo con mayor velocidad y se ira reduciendo a medida que siga callendo, al igual que su altura y su energia a medida que rebota la pelota pierde altura, energia y velocidad hasta quedar totalmente en el suelo. La perdida de la energia que tenga depende con la energia con que se lance, ya que si se lanza con mucha energia, la pelota va a subir mas de su posicion inicial, y si no se lanza con tanta energia, la pelota va a bajar su posicion inicial.


  • Energia potencial elastica

La energía elástica o energía de deformación es el aumento de energía interna acumulado en el interior de un sólido deformable como resultado del trabajo realizado por las fuerzas que provocan la deformación.




en la anterior simulacion, podemos observar que la energia potencial elastica y la energia cinetica ambas son positivas pero la energia potencial gravitacional es negativa, tambien se observa que el peso de la masa que esta en el resorte hace que este baje y vuelva a subir gracias a la fuerza del resorte, entre mas pese el objeto, mas fuerza tendra que realizar el resorte para volver a su posicion inicial, y por ultimo determinamos que la sumatoria de las tres energias es constante.


  • Energia cinetica


En física, la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad.


en la anterior simulacion se ven dos carros distintos, podemos ver que si un carro tienes mas masa que el otro a la visma velocidad va a tener la energia cinetica mayor y viceversa, lo mismo sucede con la velocidad, si dejamos la masa constante, el que tenga la velocidad mayor va a tener mayor energia cinetica.




Simulaciones fluidos

  • PRINCIPIO DE PASCAL: 


El principio de pascal dice que una presión ejercida a un liquido contenido en un recipiente se transmite con al misma intensidad en todas direcciones.

 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/prensa/prensa.htm


En esta simulación, recrea una prensa hidráulica. Se modifican el radio del embolo derecho e izquierdo y se arrastran unos pequeños cuadros rojos que simboliza una pesa de 250gramos para comprobar el principio de pascal. Mediante una fuerza pequeña se permite obtener una mayor, logrando prensar objetos y levantar peso, utilizando siempre aceite hidraulico, poruqe tiene caracteristicas especiales.







  • PRESIÓN HIDROSTÁTICA:

Esta presión hace referencia al fluido que ejerce presión en un recipiente y a un objeto que esta sumergido en el.


http://colos.inf.um.es/Cursos/Walter/phs/hydrostpr_s.htm 


En la simulación, el programa va a calcular la presión del objeto que en este caso es una barómetro (color rojo) cuando se introduce en el recipiente. Para la simulación, se pueden elegir diferente líquidos como agua, etanol, benceno, C C14 y mercurio, también se eligen la densidad en g/cm3 y la profundidad en cm, cuando se arrastre el objeto a una cierta profundidad, aparecera la presion hidrostática que se esta ejerciendo, utilizando la  formula que es P: d.g.h - densidad * gravedad * profundidad.





  • PRINCIPIO DE ARQUIMEDES:
El principio de arquimedes hace referencia al un cuerpo que sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del fluido en el que esta.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm 



En la simulación, se muestra un objeto que se deja sobre la superficie de un líquido y donde se puede elegir la densidad entre ambos. En la gráfica al lado derecho, se observa que el empuje(vector azul) a medida que el objeto se sumerge va aumentando y el descenso cesa cuando el empuje se hace igual al peso(vector negro).

La imagen, muestra la piedra sumergida en el liquido que experimenta una perdida de peso que es igual al peso del liquido desalojado.


  • FUERZA DE EMPUJE EN FLUIDOS:

En la simulación, elegimos: el área del cuerpo, la altura del cuerpo, la densidad del cuerpo y el liquido y el rango de medida para calcular: la profundidad, el volumen desplazado, la fuerza de empuje, el peso del cuerpo y la fuerza de medida, para demostrar que la fuerza de medida del objeto sujetado por el dinamómetro, se reduce  siendo igual a la diferencia entre el peso y la fuerza de empuje.
Fuerza de empuje: v * d * a