¡E U R E K A!

 Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad (Albert Einstein)

• Seguro que en la literatura hay versos dedicados a la energía y al trabajo (hay gente pa’ tóo), que estarían bien para introducir el tema con la siempre agradecible belleza, pero a mi embotada cabeza no acuden ahora ningunos (la edad, que no perdona). Recuerdo, sin embargo, una de las míticas frases del excéntrico y genial Richard Feynman (he aquí su explicación del concepto de energía):

La física es como el sexo: seguro que tiene una utilidad práctica, pero no es por eso que lo hacemos.

¿A que ya os interesa más la física?

 

• Dadme un punto de apoyo, y moveré el mundo, dicen que dijo Arquímedes. ¡Dadme un poco de energía, y seguiré trabajando! Porque energía es lo que me va faltando con tanto trabajo, así que voy a dejar que otros empiecen este tema… Parece que el locutor había desayunado poco, je, je, je:

• ¿Qué es la energía? Aunque no hay acuerdo sobre la definición de este término,  a menudo se describe de la energía como la capacidad que tienen los cuerpos de producir transformaciones (o realizar un trabajo), se habla en serio y bien en los cinco minutos siguientes (y recuerda, W = Δ E):

 

• Tarea 0. A estas alturas de tu paso por la ESO ya sabrás (o deberías): a) ¿Cómo se relacionan los conceptos de energía y trabajo?; b) ¿Estás trabajando en estos momentos? (Contesta desde el punto de vista de la física); c) Escribe la ecuación que define matemáticamente el trabajo de una fuerza que produce un desplazamiento.

• La definición matemática de trabajo es (para este nivel de 4º de eso), para el trabajo de una fuerza constante F que forma un ángulo θ con el eje de abscisas y produce un desplazamiento ΔX:

 W = F * ΔX * cos θ

Si no hay desplazamiento, no hay trabajo mecánico (vamos, que leyendo esto, como mucho, te esfuerzas, pero no trabajas). En caso de fuerzas perpendiculares al desplazamiento tampoco se realiza trabajo. Para que no consumas demasiada energía en pensar qué tienes que estudiar, aquí van los típicos casos que caen en los controles sobre trabajo, dirección de la fuerza y desplazamiento.

• Tarea 1. El gigante Atlas sujeta al mundo sobre sus hombros: a) ¿Realiza trabajo si echa a andar con el mundo por montera?; b) ¿Está trabajando si se para a descansar un rato, sin dejar de portar el mundo?; c) Si se agacha y se vuelve a levantar, sin moverse de donde estaba, ¿trabaja?

• ¿Recordáis un estupendo anuncio de efectos encadenados con las piezas de un coche? Ilustra muy bien el principio de conservación de la energía, y me sirve de excusa para que entréis a mirar el tema que nos interesa en el blog Palacorre:

• Tarea 2. Entra en el apartado ¿Qué se entiende por trabajo? del enlace anterior. Realiza las actividades 1, 2 y 4, y el cuestionario de autoevaluación 1 (ya os dije que voy a procurar ahorrar trabajo y energía aprovechando lo que otros han “currado” antes, je, je).

 

 

• Tarea 3. En el mismo enlace del Palacorre, entra en el apartado ¿Qué es la energía?, echa un vistazo al Artilugio de Newton,  las habilidades de Tarzán y el Movimiento pendular. Haz las actividades 5 y 6 y el Cuestionario 2. ¿Gastarás mucha energía tomando nota de esas actividades? (Para quien no se de por enterado, léase con ironía).

 

• Para los que trabajan un poco más y mejor, aquí va una exposición matemáticamente correcta del concepto de trabajo:

• Se habla mucho de fuentes de energía y de tipos de energía, aunque energía no hay más que una (y se mide en Julios, J). ¿Recuerdas el principio de conservación de la energía? A nosotros nos van a interesar mucho dos nombres propios: la energía cinética  (Ec= 1/2  m c²) y la energía potencial (Ep_gravitatoria = m g h). ¡La elástica también existe!

 

• Tarea 4. Seguimos con el blog Palacorre: a) Del apartado Energía cinética, toma nota de su expresión matemática y definición y realiza el cuestionario 3; b) del apartado Energía potencial, haz la actividad 16, el cuestionario, y escribe su definición y fórmula.

• En Skoool! nos enseñan a comprender y calcular la energía cinética, una de las que forman parte de la energía mecánica:

•  El teorema de las fuerzas vivas establece la relación entre trabajo y energía cinética, de modo que aquel se emplea en variar la cantidad de energía cinética de un sistema:

W = ΔEc = Ec_final - Ec_inicial 

• Cuando las fuerzas que actúan sobre un sistema son conservativas (todas las que conoces, excepto el rozamiento), el trabajo realizado por ellas se puede calcular como:

W_FC = - ΔEp = Ep_final - Ep_inicial

• La energía mecánica es la suma de las energías cinética y potencial.

• Cuando sólo actúan fuerzas conservativas, la energía mecánica se mantiene constante. Este es el famoso principio de conservación de la energía mecánica:

En ausencia de rozamiento,  Δ Em = 0 ; Em = cte; Em_final = Em _inicial

• Tarea 5. ¡Lo estás temiendo! ¡Sí! Del apartado Principio de conservación, rescata la definición de energía mecánica, y haz la actividad 17, además del cuestionario.

• ¿Te ha quedado clara la diferencia entre energía cinética y potencial, y el principio de conservación de la energía mecánica? Presta atención a esta animación:

• Para entender aún mejor la conservación de la energía mecánica, echa un interactivo vistazo a los contenidos digitales de Educarex, y quédate con la animación:

• De la energía, sus tipos y sus transformaciones se habla en todos los cursos, en casi todas las asignaturas… Por si se te ha olvidado lo visto en 2º de ESO, o lo de 3º, ya sabes que puede pinchar en esos enlaces, antes de “atacar” los contenidos de 4º,  en Proyecto Newton.

 

• ¿Ya sin fuerzas, sin energía? El lenguaje cotidiano está plagado de alusiones a la física. Date un respiro, y échate unas risas con el buen trabajo de vuestros compañeros de Energías renovables, que han demostrado su arte trantando los conceptos fundamentales de la energía y sus fuentes: Lucas, Vicente, Miguel M.; Claudia, Mónica, Susana, Miguel Á; Marcos, Óscar, Juan y Omar. ¡Gracias!

• Siguiendo sabios consejos (ahorro de energía evitando exceso de trabajo, eso que tan bien se da en las aulas), aprovecho el tema interactivo de la editorial SM, que presentamos con esta happy imagen:

• Tarea 6.  Haz el cuestionario interactivo del enlace anterior (Averigua lo que sabes), y no abandones hasta que saques un diez.

 

 

•  Tarea 7. El pintor holandés M.C. Escher, muy amigo de incluir ilusiones ópticas en sus creaciones, realizó un grabado donde se muestra el agua cayendo y subiendo ininterrumpidamente por un recorrido sin necesidad de máquina de bombeo ni aporte alguno de energía. ¿Es posible semejante situación, desde el punto de vista de la física? (Pincha en la imagen para verla ampliada).

• Bien sabéis que unos tardan poco en hacer las tareas y otros no acaban nunca. El trabajo propuesto es el mismo, pero… Un interesante concepto es que relaciona el trabajo con el tiempo que tarda en ser realizado; hablamos de la potencia, cuya fórmula es P = W / t, y que se mide en vatios (W) en el SI.

•  Tarea 8. Además del vatio (W, en honor del ingeniero escocés que perfeccionó la máquina de vapor, James Watt), se utiliza frecuentemente otra unidad de potencia, el caballo de vapor (C.V.). a) ¿De dónde sale la equivalencia entre caballos de vapor y vatios? Investiga cómo calibró Watt sus máquinas midiendo el ritmo de trabajo de los caballos; b) Elige un modelo de coche (no importa la marca), e infórmate de cuántos C.V. ofrece cada motorización, recogiendo en una tabla los datos de potencia, cilindrada y coste de las mismas (a igualdad de equipamientos, número de puertas, color etc.) ¿Cómo se relacionan la potencia del coche y su precio?

•  Tarea 9. La factura de la electricidad que llega a tu casa expresa el consumo energético mensual en kilovatios-hora. a) ¿A cuántos julios equivale esa unidad de trabajo?; b) Busca información sobre el coste de al menos dos de las tarifas eléctricas que están en vigor en nuestro país; c) Si dejas encendida por olvido una bombilla de 100 W durante hora y media, ¿cuánto tienen que pagar en tu casa por el descuido?; d) ¿Cuánto pagarían si la bombilla encendida fuese de bajo consumo? (Busca la equivalencia entre las bombillas de este tipo y las incandescentes, “las de toda la vida”).

• Tal vez hayas oído hablar del gran acelerador de partículas de Ginebra, construido bajo la ciudad. En ese supercolisionador se harán chocar protones a velocidades muy próximas a las de la luz. ¿Para qué? Para desentrañar el origen del universo. De energía se habla entonces en electronvoltios, megaelectronvoltios, teraelectronvoltios… Más allá de lo que nos cabe hasta en la imaginación.

• Tarea 10. Comprueba lo que sabes sobre trabajo, potencia y energía con esta evaluación interactiva, y repasa trabajando (nunca mejor dicho).

 

• Tarea 11. Elige a un personaje para el apartado “Vidas de ciencia”: Watt o Joule.

 

• Saber inglés nos resolvería un montón de problemas, y nos daría acceso a magníficos recursos en vídeo; como las imágenes no necesitan traducción, ya sabes, a ojearlos. Si tienes tiempo, ganas y curiosidad, “El universo mecánico” te desvelará las transformaciones de la energía, en español.

 

• Los contenidos digitales de Educarex te permitirán saber más sobre la conservación de la energía. Aquí tienes el tema en un clic (incluyendo ejercicios).

 

• Tarea 12. El Proyecto Arquímedes, del CNICE, desarrolla digital y estupendamente los contenidos de este tema sobre trabajo, potencia y energía, sus formas y las transformaciones energéticas. Si es que está todo hecho; la cuestión es encontrarlo y sacarle partido. ¡A trabajar!

 

• Todo lo que siempre has querido saber sobre máquinas simples y no te has atrevido a preguntar está en MecanESO y en esta sencilla presentación que te refrescará la memoria (que se da en Tecnologías de 2º de ESO, ¿ya no te acuerdas?):

• Tantas relaciones entre trabajo y energía conviene tenerlas muy claritas. Aquí tienes un mapa conceptual para centrar ideas: