8. A enerxía

Principal Arriba Enunciados

A ENERXÍA

   A enerxía é un dos grandes problemas do mundo actual. Necesitámola para todo, é cara e ás veces contamina a súa obtención e uso. Pero, que é a enerxía?

   É algo que necesitamos para que todo funcione. Sen enerxía o móbil non funciona, os coches non se moven e as persoas non son capaces de facer nada. Para que todo funcione, para que haxa cambios nas cousas, necesitamos enerxía. 

   Se algo ten enerxía pode producir cambios, por iso podemos definir a enerxía como a capacidade que ten un corpo para producir cambios. Pode ser un cambio de posición, un cambio de temperatura ou un cambio de forma.

   O coche necesita gasolina, para que se queime no motor e se transforme en movemento. O móbil necesita a electricidade da batería para que funcione. O corpo necesita alimento para que os músculos se movan.

   Fagamos un experimento sinxelo. Imaxina que temos un libro sobre a mesa, está en repouso, e por moito que esperemos sabemos que non vai ocorrer nada. Non parece que teña enerxía, xa que se hai enerxía pódense producir cambios. Logo levanta o libro sobre a mesa unha distancia dun metro, supón que tiveches que facer unha forza constante de 1 newton. En física a desprazar un corpo por acción dunha forza chamámoslle traballo. E é unha forma de darlle enerxía a un corpo. Tampouco parece que agora teña enerxía, témolo parado a un metro da mesa. A diferenza é que agora o podemos soltar e se cae sobre a mesa si prodúcense cambios, móvese, fai ruído, ata  pode rachar. Xa que logo démoslle enerxía en forma de traballo.

   O traballo é a enerxía que adquiren os corpos cando os desprazamos por acción dunha forza.

   O traballo é o produto da forza aplicada na dirección do movemento polo desprazamento producido.

   A forza medímola en N, e o desprazamento en m, o seu produto é unha unidade que denominamos joule, J, que é a unidade de enerxía no Sistema Internacional. Esta unidade leva ese nome en honor ao físico inglés James Prescott Joule (1818-1889).

   Un joule é o traballo que realiza unha forza dun newton cando despraza un corpo unha distancia dun metro.

   Hai outra forma de darlle enerxía a un corpo. Por exemplo quentalo. Poñemos un cazo con auga ao lume da cociña, ao pouco tempo a auga adquire máis temperatura, quéntase, podemos dicir que gaña enerxía, agora pode producir cambios, por exemplo cocer unhas patacas, ou queimarnos se esta entra en contacto coa nosa pel. 

   A calor é a enerxía que adquiren os corpos cando aumentamos a súa temperatura.

   A calor pódese medir en calorías. Unha caloría, cal, é a calor que hai que proporcionar a un gramo de auga para que a súa temperatura aumente un grao centígrado. 1000 cal sería a calor que hai que proporcionar a un kilogramo de auga para que a súa temperatura aumente un grao centígrado, que é a definición de kcal. A enerxía que nos proporcionan os alimentos adoitámola dar en kcal, fíxate nas etiquetas dos alimentos.

TIPOS DE ENERXÍA

   A enerxía é unha magnitude única, pero podemos falar de diferentes formas ou tipos de enerxía en función dos cambios nos que participan. 

   Cando os corpos cambian o seu estado de movemento falamos de enerxía mecánica. Esta enerxía mecánica pode ser enerxía cinética cando un corpo móvese con certa velocidade, ou enerxía potencial en función da posición que ocupe dentro dun campo gravitatorio ou electrostático.

   Falamos de enerxía térmica á ligada aos cambios de temperatura dos corpos. Enerxía química a enerxía que teñen as sustancias que lles permite reaccionar para dar outras sustancias novas. Enerxía eléctrica e enerxía magnética relacionada co movemento de cargas eléctricas na materia. Enerxía nuclear á que permite que os átomos se rachen nas centrais nucleares para obter enerxía. Todas estas enerxías coñécense tamén como enerxía interna da materia.

   A enerxía tamén se pode transmitir como ondas electromagnéticas como enerxía radiante, do Sol por exemplo. Que é a enerxía que mantén a vida sobre a Terra.

   Pero con todo lembra que a enerxía é un concepto único aínda que a podamos atopar en diferentes situacións.

   Na nosa vida diaria necesitamos enerxía. Se temos o móbil descargado non funciona, poñémolo a cargar. Estamos transformando enerxía eléctrica en enerxía química da batería. Cando a batería está cargada aproveitamos esa enerxía química almacenada para producir enerxía eléctrica que faga funcionar os circuítos do teléfono. 

   Ao pouco de levantarnos almorzamos para que o noso organismo aproveite a enerxía dos alimentos. A forma máis fácil de obter enerxía dos alimentos é a través dos hidratos de carbono, por iso no almorzo non deben faltar os cereais, torradas ou similares. Estudarás que a almacena dunha forma moi intelixente en moléculas enerxéticas, de ATP, que o organismo utiliza cando necesita enerxía.

   Cando imos ao instituto usamos o bus ou o coche que tamén transforman a enerxía química dos combustibles en enerxía mecánica de movemento. Como ves todas as accións cotiás da nosa vida necesitan enerxía, e nelas esta enerxía vaise transformando dunhas formas noutras.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

CONSERVACIÓN DA ENERXÍA

Observa este vídeo sobre a conservación da enerxía:

   Seguramente hai cousas que non entendes aínda. Non te preocupes, algunhas ideas si pódennos ir quedando para máis adiante cando afundemos máis no tema. Por exemplo, que a enerxía transfórmase dunhas formas noutras. Pero non hai perdas nesta transformación. A enerxía non se destrúe, pero tampouco se crea. 

   Por que nos custa tanto entón a enerxía? Pois porque non todas as formas de enerxía son igualmente útiles. Unhas aproveitámolas mellor que outras, e non todas se transforman con igual eficacia. Por exemplo, é fácil obter calor da corrente eléctrica, pero non é tan fácil obter enerxía eléctrica da calor.

   Para entender mellor que a enerxía consérvase estudemos o caso das enerxías implicadas no movemento, o que coñecemos como enerxía mecánica. Veremos que a enerxía mecánica tamén se conserva nos movementos.

ENERXÍA CINÉTICA

   No estudo dos movementos interveñen enerxías asociadas aos corpos. 

   Pensemos nun coche en movemento, a enerxía debida ao movemento permítelle realizar cambios noutros corpos, como cando, por desgraza, choca con outro. Estes impactos son máis graves cando o vehículo vai a máis velocidade, xa que logo debe haber algunha relación entre a velocidade e a súa enerxía. Esta enerxía debida á velocidade denominámola enerxía cinética.

   A enerxía cinética é a enerxía que ten un corpo polo feito de estar en movemento.

   Fíxache que a enerxía cinética é proporcional á masa do corpo, canta máis masa teña máis enerxía pode comunicar, pero tamén é proporcional ao cadrado da velocidade, de forma que cando a velocidade duplícase a enerxía se cuadriplica, imaxina o incremento do risco na condución cando nos excedemos na velocidade. 

   En unidades do SI, cando a masa está en kg e a velocidade en m/s a enerxía cinética vén dada en J.

EJERCICIOS PARA PRACTICAR

ENERXÍA POTENCIAL GRAVITATORIA

   Os corpos tamén sofren forzas por estar nun lugar determinado. Por exemplo un corpo nun punto calquera dun campo gravitatorio sofre unha forza de atracción. Tamén sofre forzas de atracción e repulsión un corpo cargado nun campo eléctrico, ou un corpo magnetizado nun campo magnético. Esta enerxía que teñen os corpos dependendo da súa posición denomínase enerxía potencial. 

   A enerxía potencial é a enerxía que ten un corpo debido á posición que ocupa nun campo gravitatorio.

   Dentro dun campo gravitatorio os corpos sempre teñen esta enerxía. Cando un corpo está en repouso non é fácil deducir esta enerxía, pensa nun libro que está sobre unha mesa. Pero imaxina que está en equilibrio sobre o bordo da mesa. Se cae esa enerxía que tiña, digamos en potencia, de aí o de potencial, ponse de manifesto movendo o corpo cara á Terra. A enerxía potencial depende da altura que alcanza o corpo sobre o punto ao que poida caer devandito corpo. Teremos que ter sempre en conta esta referencia do punto máis baixo ao que cae o corpo.

   En unidades do SI, cando a masa está en kg, g en m/s2 ou N/kg e a altura en m a enerxía potencial vén dada en J.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

ENERXÍA MECÁNICA

A suma da enerxía cinética e a enerxía potencial denomínase enerxía mecánica.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Cando un corpo cae libremente, ou desliza sen forzas de rozamento, é dicir, cando só actúa a forza do peso a súa enerxía mecánica consérvase.

   Cando a única forza que realiza traballo sobre un corpo é o peso a enerxía mecánica consérvase.

   Que ocorre cando unha pelota cae libremente desde unha determinada altura? Se supoñemos nulas as forzas de rozamento do aire a enerxía potencial no punto máis alto é máxima, pois é máxima a altura. A súa enerxía cinética será nula pois aínda está en repouso.

   Cando descende un pouco a súa enerxía potencial tamén diminúe ao diminuír a altura. Pero a enerxía cinética aumenta, ao incrementarse a velocidade. Canto máis descenda máis diminúe a enerxía potencial e máis aumenta a enerxía cinética. 

   En cada punto do camiño de descenso a suma da enerxía potencial e enerxía cinética é constante.

   No punto máis baixo a enerxía potencial é nula, pois non hai altura, e a enerxía cinética é máxima, pois a velocidade é máxima.

   Sabemos que ao chegar ao chan, se o choque é elástico, a pelota rebota e alcanza a mesma altura dende a que caeu. Se non alcanza a mesma altura, alcanza unha altura menor, é porque parte da enerxía a perde ao deformarse ao entrar en contacto co chan e disípase en forma de calor.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Observa a seguinte simulación, nela podes comprobar como a enerxía mecánica consérvase. Se hai forzas de rozamento a enerxía mecánica vaise convertendo en enerxía calorífica.

SIMULACIÓN: ENERXÍA MECÁNICA, en phet.colorado.edu

   1º experimento: No apartado Introdución marca Gráfico de barras e Velocidade. Coloca ao patinador na pista. Observa que ao descender aumenta a velocidade. No punto máis alto a enerxía potencial é máxima, e no punto máis baixo a enerxía cinética é máxima. Observa tamén que a enerxía total consérvase.

   2º experimento: No apartado Fricción marca Gráfico de barras e Velocidade. Coloca ao patinador na pista. Observa que ao haber rozamento o patinador non alcanza a mesma altura en cada paso polo punto máis alto. A súa enerxía potencial diminúe. Como tamén diminúe a enerxía cinética, pois cada vez pasa a menor velocidade polo punto máis baixo. Que pasa con esa enerxía que se perde, pois que se transforma en calor. Observa tamén que a enerxía total consérvase, ao final toda a enerxía mecánica converteuse en calor.

Arriba Enunciados