Progresión 2. Tipos de energía

 Manifestaciones de la energía.

🔍Diferentes manifestaciones de la energía.

En nuestro entorno, la energía está constantemente transformándose y estas transformaciones cumplen un principio fundamental de la física conocido como la ley de la conservación de la energía, que establece que "la energía no se crea ni se destruye, sino que cambia de una forma a otra".

Estas transformaciones son indispensables para el funcionamiento de los sistemas naturales y tecnológicos, observándose en una amplia gama de procesos. En cada proceso, la energía presente en un sistema se transforma y genera algún cambio físico al transferirse a otro sistema, sea como trabajo o calor.

🔍La energía tiene diferentes manifestaciones como...

Tipos de energía.

🔍¿Qué es la energía mecánica?

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La energía mecánica es una forma de energía asociada con el movimiento y la posición de un objeto; se conforma por la energía cinética y la energía potencial.

Recordemos que la energía cinética es la energía directamente vinculada al movimiento, que varía según la velocidad y la masa de aquello que se mueve. La energía potencial es la forma de energía que tiene un cuerpo debido a su posición dentro de un campo (gravitatorio) o a su estado físico (como un resorte) y se relaciona con las fuerza que actúan sobre él; esta energía puede transformarse en energía cinética cuando la posición del cuerpo cambia.

En un resorte comprimido o estirado, la energía potencial es proporcional a la deformación. Cuando cesa la fuerza que causa la deformación, la energía potencial se convierte en energía cinética a medida que el resorte vuelve a su forma original. La cantidad de energía potencial del resorte depende de cuánto se comprimió o estiró y de su elasticidad, que es una propiedad intrínseca del material del que está hecho.

🔍¿Qué es la energía electromecánica?

La energía electromagnética es la que tiene una región del espacio, debido a la presencia de una perturbación en un campo electromagnético. Esta energía se encuentra en la luz y en otras formas de radiación electromagnética.

Espectro electromagético

Radiaciones electromagnéticas

Se caracteriza por su capacidad para propagarse a través del vacío (como la luz del Sol que viaja desde el astro hasta la Tierra y proporciona energía para muchos procesos naturales), por ende, no necesita un medio material.

Representación de una reacción química

La energía química puede considerarse un caso particular de la energía electromagnética ya que está almacenada en los enlaces entre átomos en las moléculas, los cuales son en esencia campos electromagnéticos que mantienen unidos los electrones de los átomos. Cuando los enlaces se rompen durante una reacción química, la energía electromagnética almacenada se transforma en energía térmica o lumínica. Por tanto, la energía química es una forma de energía electromagnética debido a la naturaleza de los campos eléctricos y magnéticos que los forman.

🔍¿Qué es la energía térmica?

La energía térmica puede transferirse en forma de calor, relacionada con el movimiento aleatorio de las partículas que conforman un sistema. Estas partículas incluyen átomos, moléculas e iones, cuya cantidad de movimiento es proporcional a su energía cinética y por tanto, a su temperatura (la temperatura es un parámetro proporcional a la energía térmica del sistema).

La energía térmica se transfiera entre sistemas como calor, mediante procesos como la conducción, la convección y la radiación; es fundamental en fenómenos naturales como la regulación de la temperatura en los seres vivos y en procesos tecnológicos (motores y refrigeradores).

La energía química, contenida en los enlaces entre átomos y moléculas, puede transformarse en energía térmica cuando suceden reacciones químicas como la combustión.

🔍¿Qué es la energía gravitatoria?

La energía potencial gravitatoria es la energía que un cuerpo posee debido a su posición dentro de un campo gravitatorio. En la Tierra, esta energía está directamente relacionada con la masa del cuerpo y la altura a la que se encuentra sobre la superficie terrestre, así como la aceleración de la gravedad. Cuanto más alto esté el cuerpo y mayor sea su masa, mayor será su energía potencial gravitatoria. Esta energía se convierte en energía cinética cuando el cuerpo cae.

La energía potencial gravitatoria entre la Luna y la Tierra es un ejemplo clave de cómo la gravedad actúa a escalas astronómicas. La fuerza gravitatoria con que la Tierra atrae a la Luna, la mantiene en órbita; a su vez, la Luna tiene su propia fuerza gravitatoria que afecta a la Tierra (como se observa en las mareas oceánicas).

🔍¿Qué es la energía nuclear?

La energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos. Es una fuente poderosa de energía utilizada para la generación de electricidad (México tiene una central nuclear en Laguna Verde, Veracruz, que utiliza este proceso para generar energía eléctrica y contribuye con el 5% del suministro de electricidad en el país).

Puede liberarse mediante procesos de fisión nuclear (división de átomos pesados) o fusión nuclear (combinación de átomos ligeros).

En la fisión, los átomos se dividen para formar átomos más pequeños, liberando energía. En la fusión, la energía se libera cuando dos átomos ligeros se combinan para formar uno más pesado.

🔍¿Qué son las energías limpias?

Las energías limpias son aquellas que en su proceso de generación y uso, emiten una cantidad mínima o nula de gases de efecto invernadero y otros contaminantes, por tanto, están relacionadas con su impacto al medio ambiente. Este tipo de energías incluyen: solar, eólica, hidroeléctrica, geotérmica y nuclear. El uso de este tipo de energías es crucial para reducir emisiones de carbono y fomentar el desarrollo sostenible.

México es pionero en la energía geotérmica y posee un potencial significativo en energía renovable como la solar y la eólica debido a su ubicación geográfica.

Progresión 1. La energía en movimiento

 LA ENERGÍA EN MOVIMIENTO

🔍¿Porqué es importante la energía?

🔍La energía en la vida cotidiana.

La energía es la capacidad de realizar trabajo o producir cambios físicos. Estas se conserva en los procesos, transformándose de una forma a otra sin desaparecer. por tanto, se trata de una propiedad fundamental de los sistemas físicos, que se manifiesta en distintas formas: cinética, potencial, térmica, eléctrica, química, entre otras.

En un sistema, la energía puede fluir, transferirse y  transformarse. por ejemplo, en un sistema mecánico, la energía puede convertirse de potencial a cinética y viceversa.

🔍¿Qué es la energía?

🔍¿Qué es la energía cinética? 

🔍¿Qué es la energía potencial gravitacional?

Energía mecánica

Ejemplo: Imagina que juegas voleibol. Al lanzar el balón hacia arriba, transfieres energía cinética (debido al movimiento de tus brazos y manos) al balón. A medida que el balón asciende, esta energía cinética se convierte en energía potencial (debido a la altura que alcanza). En el punto más alto, toda la energía cinética se ha convertido en energía potencial. Cando el balón comienza a caer, esta energía potencial se convierte de nuevo en energía cinética hasta que el balón toca el suelo o es atrapado.

En los sistemas eléctricos, la energía eléctrica puede transformarse en luz, calor o movimiento.

Energía eléctrica.

Ejemplo: Cuando trabajas en una computadora, la energía eléctrica proveniente de la batería de la computadora o de la red de suministro de electricidad se transforma en otras formas de energía; parte de esta energía se convierte en luz (a través de la pantalla del dispositivo) o en calor ( generado por el procesador y otros componentes internos), y en movimiento (en el caso de partes móviles como el ventilador del sistema de enfriamiento).

De igual forma, la energía en un sistema puede también dispararse, como en el caso de la energía térmica perdida en el ambiente.

Energía térmica

Ejemplo: Cuando se calientan tortillas en un comal sobre leña, la energía térmica se transfiere del fuego de la leña al comal y de ahí a la tortilla, aumentando su temperatura. Parte de esa energía térmica se disipa al ambiente, especialmente en forma de calor radiante desde la superficie del comal y el humo o vapor que puede emanar de la tortilla al calentarse. En el proceso, una fracción de la energía térmica se pierde en el ambiente, un fenómeno que es especialmente notable cuando la tortilla empieza a dorarse o a emitir un ligero humo.

LA ENERGÍA PUEDE TRANSFERIRSE ENTRE DOS SISTEMAS POR CONTACTO.

Cuando interaccionan, los objetos intercambian energía de diversos modos, lo que es fundamental para el funcionamiento de todo, desde máquinas simples hasta ecosistemas complejos. La energía puede transferirse de un cuerpo en movimiento a otro, estático o en movimiento también cuando colisionan.

🔍Transformación y transmisión de la energía. Conservación de la energía.

🔍¿Qué es el sistema internacional de unidades?

🔍Concepto de Potencia.

MOVIMIENTO.

🔍¿Qué es el movimiento?

🔍¿Qué es movimiento, trayectoria, distancia y desplazamiento?

🔍Velocidad, rapidez y aceleración.

Distancia. 

Es la longitud total del camino recorrido.

Desplazamiento.

Es la longitud entre la posición inicial y final del objeto.

Rapidez.

Nos indica a qué tasa se produce el cambio de posición de un objeto con respecto al tiempo. 

Velocidad.

Indica, a qué tasa se produce el cambio de posición de un objeto con respecto al tiempo, incluyendo la dirección del movimiento.

El movimiento macroscópico se sujeta a las leyes de la mecánica clásica, establecidas en las leyes de Isaac Newton:

Primera ley.

Llamada ley de la inercia. Un objeto permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme a menos que una fuerza externa actúe sobre él.

Segunda ley.

La fuerza neta aplicada a un objeto es igual al cambio de su momentum (cantidad de movimiento) por unidad de tiempo.

F = m * a

Tercera ley. 

Por cada acción hay una reacción de igual magnitud, pero en sentido opuesto.

Movimiento en una y dos dimensiones.

Movimiento en una dimensión.

Implica que las partículas se mueven a lo largo de una línea recta y pueden moverse en una sola dirección, en cualquiera de dos sentidos, opuestos entre sí, sobre la misma línea recta. Las variables importantes son la posición, la velocidad (puede ser constante o cambiar -aceleración-), la aceleración y el tiempo; la dirección del movimiento es fija.

🔍

Movimiento en dos dimensiones.

Las partículas se mueven en un plano, pueden moverse en dos direcciones diferentes (como en el movimiento parabólico donde el objeto se mueve simultáneamente de forma horizontal y vertical). En este movimiento se consideran dos componentes que actúan al mismo tiempo e involucran vectores para describir la magnitud y la dirección del movimiento.

🔍

Cantidad de movimiento de un cuerpo.

Cuando un cuerpo se mueve, adquiere una propiedad llamada cantidad de movimiento o momentum y se puede calcular:

🔍Conservación del momento lineal.

"En un sistema cerrado y aislado, la cantidad de movimiento total, permanece constante antes y después de cualquier interacción"

La energía que tiene un cuerpo en movimiento (energía cinética), puede transferirse a un cuerpo estático mediante el contacto directo o colisión; una parte de esa energía se transfiere al aire circundante en el momento del choque, produciendo un sonido, fricción, aumento de temperatura, etc. Estas transferencias de energía pueden ser tan pequeñas que llegan a ser nulas y se les llama choques elásticos. Al final, la energía cinética se habrá repartido entre los cuerpos que colisionan, pero la cantidad de esta energía no cambia, por tanto, se dice que se conserva la energía. 

En los choques inelásticos una parte significativa de la energía cinética se transforma en otras formas de energía como en la deformación de los cuerpos y la utilizada para aumentar la temperatura.

Independientemente si un choque es elástico o inelástico, la cantidad total momentum del sistema, se conserva siempre que no actúen fuerzas externas.

🔍¿Cuáles son los tipos de energía?