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Energía mecánica

Energía mecánica

Cuando hablamos de energía mecánica estamos haciendo referencia a la energía que tienen los cuerpos en razón de su movimiento. También respecto de la situación frente a otro cuerpo como la Tierra, o de su estado de deformación, como en el caso de los cuerpos elásticos. En síntesis podemos decir que la energía mecánica es la suma de la energía potencial, la energía cinética y la energía elástica.

Los usos de este tipo de energía son muchos, de hecho la misma está presente en muchos de los procesos que vemos a diario. Pero la generación de electricidad puede ser uno de los temas más relevantes. De hecho cuando hacemos referencia a muchas de las fuentes de energía renovable, indirectamente estamos mencionando a la energía mecánica. Esto es así, ya que la misma interviene en prácticamente todos estos procesos de generación y transformación.

Energía mecánica

Energía propia de los cuerpos en movimiento

Para que un objeto entre en movimiento, se requiere que se le aplique algún tipo de energía. Particularmente la energía mecánica es la que se produce por la acción de diversas fuerzas. Ejemplos de esto son la elasticidad y la gravitación.

Más claramente, la energía mecánica se genera por la unión de dos fuerzas. Una de ellas impulsada por la energía cinética y la otra es la que incorpora la energía de la gravedad.

Principio de conservación de la energía mecánica

Para que la energía mecánica de un cuerpo se mantenga constante se requiere que todas las fuerzas que actúan sobre el mismo sean conservativas.

El Principio de Conservación de la Energía es uno de los más importantes de la física. En mismo se basa en un postulado que dice que la energía ni se crea ni se destruye, sino que simplemente se transforma. Pero podemos particularizarlo para el caso de la energía mecánica.

Si por ejemplo tenemos una pelota que se encuentra a cierta altura y la dejamos caer, el principio de conservación dice que la energía mecánica de la pelota es siempre la misma. Esto quiere decir que durante todo el proceso, esta energía permanece constante. Únicamente se modifica la intensidad de los diferentes tipos de energía que componen la mecánica.

Energía mecánica

Antes de caer, la energía mecánica de la pelota se compone únicamente de energía potencial gravitatoria. Cuando la misma cae y gana velocidad, esta última se transforma en energía cinética. Esto hace que la energía mecánica se mantenga constante. Finalmente, cuando la pelota impacta contra el suelo, lo comprime y  hace que la energía mecánica se componga de energía cinética, energía potencial gravitatoria y energía potencial elástica.

Excepciones a la regla de conservación

De la manera que la definimos antes, podemos decir que la energía mecánica se mantiene constante. Pero esto es cierto solo si actúan fuerzas conservatorias sobre las partículas. Pero podemos mencionar algunos casos en los que la energía mecánica no se conserva.

Un ejemplo de esto es un sistema de partículas cargadas en movimiento. En este caso, los campos magnéticos no derivan de un potencial, y por lo tanto la energía mecánica no se conserva. Parte de la misma se convierte en energía de campo electromagnético.

Otro caso podría se un sistema termodinámico que sufre cambios de estado. En este tipo de sistemas la energía mecánica se puede convertir en energía térmica por ejemplo. Cuando se genera energía térmica, por lo general podemos ver disipación y el sistema sufre un cambio reversible, aunque no siempre. Pero en ninguno de los casos se conserva la energía mecánica, ya que la única variable que se mantiene es la energía interna.

Finalmente podemos mencionar la mecánica de medios continuos disipativos que incorporan fluidos disipativos o sólidos anelásticos. Aquellos que involucran deformaciones irreversibles.

Choques elásticos e inelásticos

Según el Principio de Conservación del momento lineal, el momento lineal del sistema se mantiene contante antes y después del choque. Pueden producirse dos tipos de choques.

  • Por un lado podemos mencionar los choques elásticos. En este caso los cuerpos no sufren deformaciones. Todas las fuerzas son conservativas y por lo tanto se conserva la energía mecánica de todo el conjunto.
  • También podemos hablar de los choques inelásticos. En estos casos los cuerpos sí sufren deformaciones. El principio de conservación del momento lineal se mantiene, pero se involucran fuerzas no conservativas que generan que la energía mecánica se disipe. Esto quiere decir que la energía cinética del sistema se disipa.

Energía mecánica

Tipos de energía mecánica y usos

Entre los tipos de energía mecánica que podemos mencionar se encuentran los siguientes:

  • Hidráulica. En este proceso se el agua cae desde un lugar elevado, con esto se consigue aprovechar la energía potencial generada. Los usos más comunes para este tipo de energía son la generación de energía eléctrica y para mover los molinos de harina por ejemplo.
  • Eólica. En este caso la energía es generada por el viento. Nuevamente este tipo de energía se emplea para la generación de energía eléctrica, para extraer aguas subterráneas o de algunos molinos. Podemos decir que se trata de un tipo de energía cinética.
  • Mareomotríz. La energía generada de esta manera surge por el movimiento de las mareas y las olas del mar. Al igual que la anterior, es un tipo de energía cinética.

Como podemos apreciar, la energía mecánica es muy importante y está presente en muchos de los procesos que podemos ver constantemente. En particular si hablamos de generación de energía eléctrica .

Ventajas y desventajas de la energía mecánica

Como en todos los casos de las diferentes energías, la energía mecánica presenta algunas ventajas, pero también tiene desventajas. La mayoría de las ventajas que podemos mencionar se vinculan con la optimización de procesos y la manera en que los mismos son llevados a cabo. La reducción de tiempos de trabajo es uno de sus puntos fuertes.

Por otro lado, gran parte de las desventajas que implica la energía mecánica, tienen que ver con los altos costos. Tanto las inversiones que se deben realizar, como el mantenimiento de las maquinarias, implican un gran costo para quienes deben desarrollar estos procesos.

Vamos a ver con más detalles cuáles son las ventajas y desventajas de la energía mecánica.

Ventajas

Energía mecánicaEn primer lugar podemos mencionar que este tipo de energía es una de las más económicas de generar en comparación con los demás tipos de energía. Además tuvo un impacto muy positivo en la manera de realizar las tareas. Su empleo permitió la reducción del trabajo manual en muchos casos.

El potencial de la energía mecánica es muy superior a la fuerza que se puede generar de forma manual. Incluso depende de sí misma para generar la potencia. Esto último quiere decir que es un tipo de energía autónoma.

La eficiencia es otra de sus cualidades. En particular es mucho más eficiente que el trabajo manual. Es en este punto donde radica la sustitución de los procesos que anteriormente se hacían por el hombre, por la utilización de diferentes procesos mecánicos. Los tiempos en los que se permite completar las tareas son significativamente menores.

Por otro lado, el acceso a este tipo de energía es muy sencillo. Al igual que su distribución y utilización que es muy económica en diferentes sectores. Se trata de una energía versátil, por lo que tiene una gran cantidad de usos y aplicaciones.

Finalmente podemos decir que el empleo de máquinas ha hecho que muchos procesos y actividades sean mucho más seguras y que se reduzcan los riesgos de desempeñar ciertas actividades.

Desventajas

Energía mecánicaComo dijimos antes, la energía mecánica también tiene algunos puntos en contra. Aunque esto no implica que no sea una energía favorable para aprovechar.

Una de las desventajas que podemos mencionar es el alto costo que implica el mantenimiento y buen funcionamiento de las maquinarias que aprovechan la energía. Las mismas suelen ser muy pesadas, lo que implica algunos riesgos.

Por otro lado, la vida útil de las máquinas es finita. Si bien tienen un largo período de funcionamiento, en algún momento quedan obsoletas. Esto es así ya sea por los adelantos tecnológicos o bien por problemas de funcionamiento o necesidad de reemplazo.

Los costos de trasladar la maquinaria también suelen implicar grandes inversiones de dinero. Además para poder utilizarlas de forma correcta se requiere un período de capacitación o especialización de los operarios.

Algo que requiere más investigación y avances tecnológicos es el inconveniente de transmitir la energía generada a largas distancias. Por el momento este procedimiento suele ser bastante complicado.

Como último punto podemos mencionar que la notable expansión de este tipo de trabajos ha generado que muchos puestos de trabajo manual sean reemplazados. Esto ha hecho que las tasas de empleo no calificado se vean notablemente reducidas.

A pesar de ser un tipo de energía que implica un alto costo, particularmente porque involucra mucha maquinaria, la energía mecánica es realmente eficiente. Los beneficios de emplearla son muchos y tiene un factor de rendimiento que es notablemente alto.

El reemplazo de muchas actividades por este tipo de procedimientos mecánicos es favorable en muchos sentidos. En especial si hablamos de optimización del tiempo y de procesos de generación de energía. Sin embargo, como en todos los casos, todavía queda mucho que investigar y avanzar en la mejora de su ejecución.