FUNDAMENTO TEORICOEl concepto de energía surge aproximadamente en la década de 1850 con la invención de la máquina de vapor. Este concepto puede ser utilizado para: (a) designar un tipo específico de energía perfectamente mensurable (cinética, potencial, magnética, eléctrica, etc.), (b) como para indicar el lugar de donde provienen o se almacenan los diferentes tipos de energía (eólica, solar, interna, química, nuclear, etc.). La Energía es un concepto esencial de las ciencias. Desde un punto de vista material complejo de definir. La más básica de sus definiciones indica que se trata de la capacidad que poseen los cuerpos para producir Trabajo, es decir la cantidad de energía que contienen los cuerpos se mide por el trabajo que es capaz de realizar. La realidad del mundo físico demuestra que la energía, siendo única, puede presentarse bajo diversas formas capaces de transformarse unas a otras.

Energía Mecánica

La energía mecánica se puede definir como la forma de energía que se puede transformar en trabajo mecánico de modo directo mediante un dispositivo mecánico como una turbina ideal. Las formas familiares de energía mecánica son la cinética y la potencial.

La energía mecánica facilita la descripción del movimiento de los cuerpos, constituye una alternativa diferente para el estudio del movimiento mediante las leyes de Newton donde es necesario conocer todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo o sistema; sin embargo, en muchos casos es muy difícildeterminar todas las fuerzas y por consiguiente no podemos aplicar en forma directa las leyes de Newton. Los conceptos de trabajo y energía proporcionan métodos alternativos para resolver problemas, los cuales están basados en el Principio de conservación de la energía, indica que siempre que desaparece algún tipo de energía en un sistema (cinética, potencial) aparece en algún otro sistema igual cantidad de energía, del mismo o

de otro tipo. La energía total permanece constante, aunque no se conserve cada una de ellas por separado. 

TrabajoEn física, se dice que una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo de manera acelerada. El trabajo W efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud como en dirección, se define como el producto de la componente de la fuerza paralela al desplazamiento por la magnitud del desplazamiento. 

W = F d cos En donde, Fcos es la componente de la fuerza, F, paralelo al desplazamiento del cuerpo 

La unidad de trabajo es el Joule (J). 1 J = 1 N.m 

Formas de energía mecánica 

a) Energía cinética 

Es la energía que poseen todos los cuerpos en movimiento. Esta energía se expresa mediante la ecuación 

EC = ½ m v2 

En donde, m es la masa del cuerpo y, v, su rapidez. 

b) Energía potencial 

Es la energía queposee un cuerpo en razón de su estado o posición. Se definen las siguientes formas de energía potencial. 

b.1) Energía potencial gravitacional 

Es la energía que posee un cuerpo en razón de su posición con relación a un nivel de referencia, se define como el producto de su peso, mg, y su altura, h, 

EP = m g h Nivel de referencia 

Un objeto de masa, m, situado a una altura, h, sobre el nivel de referencia tiene una energía potencial: mgh 

b.2) Energía potencial elástica 

Un resorte comprimido o estirado, posee una energía potencial elástica dada por la ecuación Epe = ½ k x2 

Donde, k, se llama constante del resorte, es una medida de la rigidez del mismo y depende del tipo de material con que está fabricado. 

m x0 Energía potencial de un objeto unido a un resorte 

Teorema del trabajo y la energía 

Este teorema es de gran importante en el que se basan muchas

aplicaciones, se enuncia en la forma 

El trabajo efectuado sobre un cuerpo por todas las fuerzas que actúan sobre él es igual al cambio de su energía cinética 

Cuando actúan simultáneamente fuerzas de rozamiento y fuerzas gravitatorias oelásticas, el trabajo neto realizado por estas fuerzas son iguales a la variación de la energía cinética que experimenta el cuerpo durante su movimiento. 

Conservación de la energía mecánica 

La energía mecánica total constituida por la energía cinética y potencial se conserva sólo para circunstancias especiales, cuando actúan fuerzas gravitatorias, elásticas o en general cuando actúan fuerzas tales que el trabajo que realizan son independientes de la trayectoria; estas fuerzas se llaman conservativas. Para la energía mecánica esta ley se expresa en la forma 

EC + EP = constante 

En donde EC es la energía cinética y EP es la energía potencial. 

Transformación de la energía 

Para el sistema de la Figura la ley de conservación aplicada a las posiciones A y B establece que 

EP (A) = EC (B) 

Transformación de la energía potencial en energía cinética 

DETALLES EXPERIMENTALESEn la primera experiencia se desarrolló la transformación de la energía potencial gravitacional en energía, en la cual se necesitó del montaje de un equipo experimental tal como se muestra en la siguiente figura:

Se midió la masa de la bola que fue entregada por el profesor, que será la bola que descenderá por el equipo ya montado.Se soltará la bola desde la parte superior para diferentes valores de la altura: 10, 13, 16, 19, 22 cm.Para cada valor de h medimos tres veces el tiempo que labolita tardaba en recorrer la rampa y anotamos su promedio en la tabla que posteriormente será mostrada en la tabla de resultados.Se midió la distancia de la rampa para poder hallar la velocidad de la bola junto con el tiempo ya medido mediante la siguiente fórmula:

Experimental Teórica 

Con los datos hallados logramos hallar la energía potencial gravitatoria cuando la bola se encuentra en la parte de superior mediante la forma:

p = m.g.h

Ep: energía potencial gravitatoria m: masa de la bola g: 9,78 m/s²

Con los datos hallados también se puede hallarla energía cinética que tiene el cuerpo c1uando llega a la parte inferior de la rampa de la siguiente manera:

Finalmente tenemos que tener en cuenta que el fin de la experiencia es la transformación de la energía potencial en energía cinética para

eso tiene que cumplir con la ley de la conservación de la masa de la siguiente forma:Se obtiene finalmente 

Pero sabemos que no todos los datos son exactos y existen errores al momento del cálculo; por eso se desarrolló un cuadro con el porcentaje de errores que difieren las dos clases de energía de la siguiente manera:

En la segunda experiencia se desarrolló la transformación de la energía potencial gravitatoria en energía potencial elástica.Se tuvo que armar un equipo que consistía en una barra con un resorte colgando y pesas.

Determinamos la constante elástica del resorte colgando las pesas en el resorte para hallar sualargamiento en el momento de equilibrio que experimenta. Se graficaron las diferencias entre los alargamientos y la medida del resorte sin ninguna pesa con la masa que desarrolla cada alargamiento. El valor de la constante k (N/m) se determinó en la región lineal de la gráfica. La gráfica entonces contendrá la elongación y los pesos.Luego de halla la constante se necesitó hallar las máximas elongaciones que se darán con los diferentes pesos conocidos. El

resorte tuvo en el extremo inferior un peso y se soltó desde la posición sin deformación para hallar una máxima elongación y así sucesivamente aumentando los pesos.Además se halló la energía potencial gravitatoria desde el punto de posición del resorte y la energía potencial elástica en su punto de máxima elongación.

Finalmente por la ley de la conservación de la masa se dirá que:Se obtiene finalmente Pero sabemos que no todos los datos son exactos y existen errores al momento del cálculo; por eso se desarrolló un cuadro con el porcentaje de errores que difieren las dos clases de energía de la siguiente manera: