Conservación de la energía potencial y cinética
Los conceptos de trabajo y energía proporcionan la base para resolver diversos problemas de cinética. Generalmente, este método se denomina Método de la Energía o de la Conservación de la Energía, y puede reducirse a la idea de que el trabajo realizado a un cuerpo será igual al cambio de energía de dicho cuerpo. Dividiendo la energía en trozos de energía cinética y potencial, como solemos hacer en los problemas de dinámica, llegamos a la siguiente ecuación base para la conservación de la energía.
Es importante notar que, a diferencia de la Segunda Ley de Newton, la ecuación anterior no es una ecuación vectorial. No es necesario descomponerla en componentes, lo que puede simplificar el proceso. Sin embargo, sólo tenemos una única ecuación y, por tanto, sólo podemos resolver una única incógnita, lo que puede limitar este método.
Para el trabajo realizado a un cuerpo rígido, debemos considerar cualquier fuerza aplicada a lo largo de una distancia como hicimos para las partículas, así como cualquier momento ejercido sobre algún ángulo de rotación. Si se trata de fuerzas y momentos constantes, simplemente multiplicamos la fuerza por la distancia y el momento por el ángulo de rotación para encontrar el trabajo total realizado en el problema. Al igual que en el caso de las partículas, se trata de las componentes de las fuerzas en la dirección de desplazamiento, y las fuerzas que se oponen al movimiento cuentan como trabajo negativo. Del mismo modo, son los momentos en la dirección de la rotación, y los momentos opuestos a la rotación cuentan como trabajo negativo. Ambos tipos de trabajo son aditivos, y todo el trabajo se agrupa para el análisis.
Ecuación general de conservación
Skip to contentLa ecuación de conservación de la energía, junto con la conservación de la masa y el momento, es un concepto fundamental en física. En algunos campos problemáticos, la cantidad de energía permanece constante. Y la energía no se produce ni se pierde. La energía puede transformarse de una forma a otra. Pero la energía global dentro del dominio permanece constante.La conservación de la interacción de la energía y la masa se conocen como dos leyes distintas en física. Sin embargo, según la famosa ecuación E = mc2, en la relatividad general. La materia puede convertirse en energía o viceversa. Por lo tanto, es más apropiado decir que la masa-energía se conserva.Transformación de la energíaTabla de contenidos
Conservación del momento
Ley de conservación de la energíaEn otros idiomas: FrançaisLa ley de la conservación de la energía establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo convertirse de una forma de energía a otra. Esto significa que un sistema siempre tiene la misma cantidad de energía, a menos que se añada desde el exterior. Esto es especialmente confuso en el caso de las fuerzas no conservativas, en las que la energía se convierte de energía mecánica en energía térmica, pero la energía global sigue siendo la misma. La única manera de utilizar la energía es transformar la energía de una forma a otra.
Aunque estas ecuaciones son extremadamente potentes, pueden hacer que sea difícil ver el poder de la afirmación. El mensaje que hay que extraer es que la energía no puede crearse de la nada. La sociedad tiene que obtener la energía de algún sitio, aunque hay muchos lugares de donde sacarla (algunas fuentes son combustibles primarios y otras son flujos de energía primarios).
A principios del siglo XX, Einstein descubrió que incluso la masa es una forma de energía (lo que se denomina equivalencia masa-energía). La cantidad de masa está directamente relacionada con la cantidad de energía, tal y como determina la fórmula más famosa de la física:
Ecuaciones de conservación
Clásicamente, la conservación de la energía era distinta de la conservación de la masa. Sin embargo, la relatividad especial demostró que la masa está relacionada con la energía y viceversa mediante E = mc2, y la ciencia considera ahora que la masa-energía en su conjunto se conserva. En teoría, esto implica que cualquier objeto con masa puede convertirse en energía pura, y viceversa. Sin embargo, se cree que esto sólo es posible en las condiciones físicas más extremas, como las que probablemente existían en el universo muy poco después del Big Bang o cuando los agujeros negros emiten radiación de Hawking.
La conservación de la energía puede demostrarse rigurosamente mediante el teorema de Noether como consecuencia de la simetría de traslación del tiempo continuo; es decir, del hecho de que las leyes de la física no cambian con el tiempo.
Una consecuencia de la ley de conservación de la energía es que no puede existir una máquina de movimiento perpetuo del primer tipo, es decir, ningún sistema sin un suministro de energía externo puede entregar una cantidad ilimitada de energía a su entorno[4] Para los sistemas que no tienen simetría de traslación temporal, puede no ser posible definir la conservación de la energía. Algunos ejemplos son los espacios-tiempo curvos en la relatividad general[5] o los cristales de tiempo en la física de la materia condensada[6][7][8][9].