Octava
Unidad: La energía y sus transformaciones
Guía Nº
1: Fuerza
Fuerza
es toda acción mecánica entre dos cuerpos, capaz de:
•
Cambiar el estado de reposo de un cuerpo,
es decir, poner en movimiento un cuerpo que está detenido o en reposo. Ejemplo,
si queremos poner en movimiento un carrito hay que empujarlo o halarlo, es
decir aplicarle una fuerza.
•
Cambiar el estado de movimiento de un cuerpo, es detener un cuerpo que se
encuentra en movimiento. Ejemplo, para detener el balón que un jugador lanza a
la cancha contraria en un partido de voleibol, la defensa tiene que ejercer una
fuerza sobre el balón con sus manos para lograr detenerlo.
•
Producir deformaciones en un cuerpo, lo que significa hacer cambiar
la forma de los objetos. Ejemplo, cuando apretamos una chimbomba con las manos,
ejercemos sobre ella una fuerza y la deformamos.
Tipos
de fuerza
Existen
dos tipos de fuerzas: Fuerza de contacto y fuerza a distancia.
Las
fuerzas de contacto, son aquellas en las que el cuerpo que
ejerce la fuerza está en contacto directo con el cuerpo, sobre el cual se
aplica dicha fuerza. Cuando un jugador golpea con su cabeza un balón, ejerce
con su cabeza una fuerza de contacto sobre el balón.
Las
fuerzas a distancia, son aquellas en las que el cuerpo que
ejerce la fuerza no está en contacto directo con el cuerpo, sobre el cual se
aplica dicha fuerza. Un imán que atrae objetos de metal, ejerce una fuerza a
distancia sobre éstas, ya que los atrae sin tocarlos.
La
fuerza de la gravedad, es la fuerza que determina la atracción entre los
cuerpos. Por ejemplo, la atracción que la Tierra ejerce sobre la Luna y la fuerza
con que se atraen los planetas.
También
es una fuerza que actúa a distancia. A esta fuerza se debe el funcionamiento y la
manera como está organizado el Universo.
Elementos
de una fuerza
Sobre
un cuerpo se pueden ejercer diferentes fuerzas y cada una de ellas puede producir
un efecto distinto sobre él. Ejemplo, piensa lo que ocurre cuando empuja una mesa
y en lo que ocurre cuando la golpea, aunque en ambos casos se aplica una fuerza
sobre ella, el resultado de su fuerza es diferente. Para distinguir una fuerza
de otra, es necesario conocer los factores que la determinan.
En
una fuerza se pueden distinguir los siguientes elementos: la dirección, el sentido, la
intensidad y el punto de aplicación.
La
dirección de una fuerza, indica la forma como se ejerce esa fuerza (horizontal,
vertical, oblicua) (figura a).
El
sentido de una fuerza, indica el lugar hacia el cual se ejerce esa fuerza
(hacia arriba, hacia abajo, hacia la izquierda, hacia la derecha) (figura b).
La
intensidad de una fuerza, es el valor de esa fuerza expresada en Newton y se mide
por medio de un aparato llamado dinamómetro. (Figura c).
El
punto de aplicación de una fuerza, es la parte del cuerpo sobre la cual se
ejerce esa fuerza (en su parte superior, en su parte inferior, en uno de sus
lados.) (figura d).
Guía Nº
2: Trabajo y potencia mecánica
En
física el significado de la palabra trabajo se relaciona con la fuerza ejercida
sobre un cuerpo y con el desplazamiento producido por la fuerza.
Si
la dirección de la fuerza es igual a la dirección del desplazamiento, la fuerza
realiza trabajo mecánico (figura 1). En este caso el trabajo se calcula como el
producto de la fuerza por el desplazamiento (T = f. d).
Las
fuerzas que logran el desplazamiento del cuerpo sobre el cual actúan,son las
únicas capaces de realizar un trabajo.
Ejemplo:
la fuerza que ejerce un caballo que jala un carretón.
Por
el contrario,las fuerzas que no logran desplazar un cuerpo no realizan un
trabajo. Ejemplo: la fuerza que ejerce una columna que sostiene un techo.
La
magnitud del trabajo realizado por una fuerza, que se aplica sobre un
cuerpo depende tanto de la intensidad de la fuerza como del desplazamiento
producido por dicha fuerza.
El
trabajo realizado aumenta, en la medida en que la intensidad de la fuerza
aplicada sea mayor. Ejemplo: se realiza más trabajo al levantar un bulto lleno
de arena aun metro del piso, que al levantar a la misma altura un bulto lleno
de plumas.
•
El trabajo realizado aumenta, en la medida en que el desplazamiento del cuerpo,
sobre el que actúa la fuerza, es mayor. Ejemplo: se realiza más trabajo al
jalar un carro durante 100 metros, que al jalarlo durante solo 10 metros.
•
El trabajo se mide en unidades llamadas joules, cuyo símbolo es J.
Potencia
La potencia
indica la relación que existe entre el trabajo realizado y el tiempo que se ha
empleado para realizarlo.
En
conclusión, Potencia es la rapidez con la cual se realiza un trabajo. La
potencia se mide en unidades llamados vatios, cuyo símbolo es W (Watt).
Guía Nº
3: Las máquinas
Desde
la antigüedad el hombre ha elaborado instrumentos que le facilitan su labor.
Ejemplo:
las hachas de piedra, los palos y las hondas fueron las primeras máquinas que utilizó
el hombre, después se han ido diseñando aparatos más complejos y
facilitadores de las tareas que el hombre realiza.
Una
máquina disminuye el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. Por esto,
las máquinas aumentan la eficiencia del trabajo.
¿Qué
sucedería si no existieran las máquinas?, ¿Por qué?
Si
no tuviéramos máquinas, tendríamos que desarrollar todas nuestras
actividades únicamente con la fuerza de nuestros músculos. Así, si tuviéramos
que subir un bulto de cemento hasta el quinto piso de un edificio, podríamos
hacerlo de dos formas:cargando directamente el bulto sobre el hombro y subiendo
por la escalera, o bien elevándolo verticalmente con ayuda de una polea, en este
caso el esfuerzo a realizares menor.
De
acuerdo con sus características las máquinas se pueden clasificar en:
máquinas simples y máquinas compuestas.
Una
máquina simple es la que tiene un solo punto de apoyo.
Las
máquinas simples son el plano inclinado, la cuña, la palanca, el eje, el tornillo,
la rueda, la polea.
Elementos
de una máquina
En
toda máquina se pueden distinguir tres elementos:
•
La fuerza motriz o potencia (Fm), es
la fuerza que hay que aplicar para hacer funcionarla máquina.
•
La fuerza de resistencia (Fr), es la
fuerza que se quiere vencer con ayuda de lamáquina.
•
El punto de apoyo, es el punto
alrededor del cual giran la fuerza motriz o potenciay la fuerza de resistencia.
El
plano inclinado
Es
una superficie inclinada por la quepodemos transportar un peso aplicándolefuerza
o potencia menor. Los egipcios lo utilizaronen la construcción de las
pirámides.
La cuña
La
cuña es una máquina simple de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy
agudo. Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno con
otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o hueco. Actúa como un
plano inclinado móvil. El filo de un hacha es, en realidad,una cuña afilada. Tal
como haría una rampa, permite desplazar un peso con mayor facilidad.
El
tornillo
Es
una variación del plano inclinado. Es un plano inclinado pero enrollado en
espiral alrededor de un cilindro. Se utilizan en la construcción de muebles,
casa, carros.
La
palanca
La
palanca constituye la máquina simple de mayor uso en la vida diaria y
también tiene aplicación en numerosos artefactos y máquinas compuestas, que
aplicamos con frecuencia.
Está
formada por una barra rígida que se apoya en un fulcro o punto de sostén.
La distancia del fulcro al punto donde se aplica la fuerza motriz se llama brazo
motor.
La
distancia del fulcro al punto donde está la fuerza de resistencia se llama
brazo de resistencia. Entre mas largo sea el brazo motor y mas corto el brazo de
resistencia, la fuerza motriz necesaria para mover un mismo objeto será menor.
La
polea fija
La
polea fija es una máquina simple formada por un disco que gira alrededor de
un eje, el disco lleva un surco por el que se pasa una cuerda. En la polea fija
no hay multiplicación de la fuerza que se aplica, es decir que la fuerza motriz
es igual a la fuerza de resistencia, lo que se consigue con la polea es cambiar
el sentido en que debe ejercerse la fuerza motriz. Precisamente allí radica
su utilidad, pues, haciendo que la fuerza motriz tenga el mismo sentido que la
fuerza de resistencia se reduce el esfuerzo.
Máquinas
compuestas
Una
máquina compuesta es la que está constituida por la combinación de
varias máquinas simples. La grúa, el motor y la bicicleta son ejemplos de
máquinas compuestas.
Importancia
de las máquinas
Con
las máquinas logramos:• Multiplicar la fuerza• Aumentar la velocidad• Ganar
comodidad
Guía
Nº4: Fuentes de energía
La
energía, es la capacidad que tiene la materia para hacer un trabajo, o
también,la propiedad de la materia que le permite mover objetos. La energía
interviene en todos los fenómenos que ocurren en el Universo. Se necesita
energía para levantar una maleta del piso, para que una bujía alumbre o para que
nuestros alimentos se cocinen.
Las
fuentes de energía se pueden dividir en dos grandes sub grupos: Fuentes de
energía renovables y las Fuentes de energía no renovable.
Energía
renovable
Se
denomina energía renovable, a la energía que se obtiene de fuentes
naturales virtualmente inagotables, unas por la inmensa cantidad de energía que
contienen y otras porque son capaces de regenerarse por medios naturales.
Las
energías renovables han constituido una parte importante de la energía
utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la
eólica y la hidráulica.
Las
fuentes de energía renovables pueden dividirse endos categorías:1. Fuentes de Energías renovables Limpias
No contaminantes y 2. Fuentes de Energías renovables Contaminantes
1. Fuentes
de Energías renovables Limpias No contaminantes
•
El Sol: energía solar.
•
El viento: energía eólica.
•
Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica.
•
El calor de la Tierra: energía geotérmica.
Energía
solar
El
Sol constituye la principal fuente de energía de la Tierra, nos envía, al año
35,000 veces más energía de la que consumimos en ese mismo tiempo.
La
energía solar es una fuente de vida y origen de la mayoría de las formas de
energía en la Tierra. Es una fuente de energía alternativa llamada energía
limpia, porque no tiene ningún impacto negativo sobre el medio ambiente.
Mediante
colectores solares, la energía solar puede transformarse en energía térmica, y
utilizando paneles fotovoltaicos la energía luminosa puede transformarse en
energía eléctrica.
En
las centrales térmicas solares se utiliza la energía térmica de los colectores
solares para generar electricidad.
Energía
eólica
La
energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir está
relacionada con el movimiento de las masas de aire que se desplazan de áreas de
alta presión atmosférica hacia áreas adyacentes de baja presión, con velocidades
proporcionales al gradiente de presión.
La
energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad, para mover los barcos
impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus
aspas. Es un tipo de energía alternativa llamada también energía limpia.
En
la actualidad se han puesto en uso los aerogeneradores, que transforman la
energía del viento en electricidad.
Energía
hidráulica
La
energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura.
La
energía potencial, durante la caída, se convierte en energía cinética. El agua
pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación
que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los
generadores. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan
suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta río abajo.
Energía
geotérmica
Es
la energía que se encuentra acumulada dentro de la Tierra, en forma de calor, se
manifiesta y sube a las superficies terrestres en las erupciones volcánicas.
Ese
calor proveniente del interior de la Tierra, también es aprovechado por los
humanos mediante el uso de máquinas especiales que hacen girar las turbinas que
generan electricidad.
2. Fuentes
de Energías renovables Contaminantes
Las
energías de fuentes renovables contaminantes se obtienen a partir de la
materia orgánica, o biomasa y se pueden utilizar directamente como
combustible(madera u otra materia vegetal sólida), o convertida en biogás
mediante procesos de fermentación orgánica.
Las
energías de fuentes renovables contaminantes tienen el mismo problema que la
energía producida por combustibles fósiles, en la combustión emiten dióxido de
carbono, gas de efecto invernadero y a menudo son aún más contaminantes puesto
que la combustión no es tan limpia,emitiendo hollín y otras partículas sólidas.
Sin
embargo, se incluyen dentro delas energías renovables, porque el dióxido de
carbono emitido ha sido previamente absorbido al transformarse en materia
orgánica mediante fotosíntesis.
Guía Nº
5: Las Fuentes de Energía no renovable
Se
denomina energía no renovable a las fuentes de energía que se encuentran en la
naturaleza en una cantidad limitada y que, una vez consumidas en su totalidad,
no pueden regenerarse.
Las
Fuentes de energía no renovables son: los combustibles fósiles y los
combustibles nucleares.
Combustible
fósil
Son
combustibles fósiles, el carbón, la hulla, el petróleo y el gas natural.
Provienen de restos de seres vivos enterrados hace millones de años, que se
transformaron bajo condiciones adecuadas depresión y temperatura.
El
combustible fósil puede utilizarse directamente,quemándolo para producir calor y
movimiento, en hornos, estufas, calderas y motores.
También
pueden usarse para obtener electricidad en las centrales térmicas o termoeléctricas,
en las cuales, con el calor generado al quemar estos combustibles se obtiene
vapor de agua que, conducido a presión, es capaz de poner en funcionamiento
un generador eléctrico, normalmente una turbina.
•Ventajas del combustible fósil: -- Son
muy fáciles de utilizar.-- Su gran disponibilidad.
•
Desventajas del combustible fósil: -- Su uso produce la emisión de
gases que contaminan la atmósfera y resultan tóxicos para la vida.
--
Se puede producir un agotamiento de las reservas, a corto o mediano plazo.
--
Contaminan más que otros productos,que podrían haberse utilizado en su lugar.
Combustibles
nucleares
Son
elementos químicos capaces de producir energía. La energía nuclear se
utiliza para producir electricidad en las centrales nucleares. La forma de producción
es muy parecida a la de las centrales termoeléctricas, aunque el calor no se
produce por combustión, sino mediante la fusión de materiales.
Pueden
ser combustibles nucleares el uranio y el plutonio.
Ventajas
de los Combustibles nucleares:
--
Produce mucha energía, de forma continua y a un precio razonable.
--
No genera emisiones de gases de efecto invernadero.
Desventajas
de los Combustibles nucleares:
--
Se acabarán a mediano plazo.
--
Generan residuos radiactivos que permanecen activos durante cientos de años.
--
Pueden ocasionar graves catástrofes medioambientales en caso de accidente.
Guía Nº
6: Las Formas de energía
La
energía se puede manifestar de diferentes formas. Algunas de estas formas:
energía cinética, energía potencial, energía mecánica
Energía
cinética
Es
la energía que posee cualquier cuerpo que está en movimiento, por ejemplo:el
agua del río que corre por un cauce o el agua de la represa al caer, la
energía que tiene el niño o la niña cuando corre.
Toda
materia en movimiento puede trasladar su acción a otros objetos o cuerpos que
están en reposo, es decir,transfieren energía para realizar un trabajo.
Ejemplo:
el viento que empuja un velero,la bola de billar que golpeada por el taco, se
pone en movimiento y choca contra las otras bolas.
Los
objetos que se mueven con mayor rapidez les asociamos mayor energía cinética.
Energía
potencial
La
energía potencial es la energía que poseen los cuerpos en reposo capaces
de realizar un trabajo. Así un bulto de arena tiene la capacidad de producir un
trabajo al caer desde una altura de 5 metros, por ejemplo, puede levantar del
suelo otro bulto de arena con el cual está conectado por medio de una polea. Por
eso decimos que la energía potencial es la energía que posee un cuerpo debido a
su forma, al material del cual está hecho y a su posición con respecto al suelo o
a otro cuerpo tomado como referencia.
Si
consideramos la energía que tiene un cuerpo debido a su posición respecto a
la superficie terrestre, ésta recibe el nombre de energía potencial
gravitacional.
La
energía potencial que tiene un cuerpo en un momento determinado depende de la
masa de dicho cuerpo y de su altura respecto a la superficie del planeta.
A
mayor altura mayor energía potencial. A mayor cantidad de masa mayor energía
potencial.
Energía
mecánica
La
energía mecánica es el resultado de la combinación de la energía cinética y
la energía potencial. Por ejemplo, la energía mecánica que posee un bulto de
arena que está cayendo al suelo, es la suma de la energía debido a su
movimiento, más la energía debido a su posición en ese momento.
A
medida que aumenta la energía cinética, la energía potencial disminuye.
A
medida que la energía potencial aumenta, la energía cinética disminuye.
A
pesar de que se dan estas variaciones, la energía mecánica permanece constante.
Guía Nº
7: La Energía eléctrica
La
energía eléctrica se obtiene en las centrales hidroeléctricas aprovechando
la energía del agua en movimiento, en las centrales térmicas a través del calor
que desprenden los combustibles.
La
energía eléctrica llega a nuestras casas mediante la red eléctrica.
La
mayor parte de la energía que utilizamos en nuestra vida diaria es energía
eléctrica.
Pero
esto no sería posible si no se hubiesen desarrollado sistemas capaces
degenerar, distribuir y consumir este tipo de energía.
Aplicaciones
de la energía eléctrica
¿Con
qué se alumbraban antes?, ¿Con qué nos alumbramos actualmente?
Antes
del año 1,800 nuestros antepasados se alumbraban con fuego, velas, lámparas de
aceite vegetal,de ballena y de keroseno. A partir de 1847, se empezaron a comercializar
las primeras bombillas.
Tomás Edison,
en 1879, dio un paso gigantesco al inventar la lámpara incandescente, en la que
la corriente eléctrica circulaba por un hilo de carbón, al que
ponía incandescente, dentro de una bombilla que se había hecho al vacío. Al
inventarla, la electricidad se convirtió en la primera fuente de luz.
La
energía eléctrica tiene aplicaciones en:
•
Construcción: sin electricidad no se podrían construir edificios, ni puentes,
ni carreteras.
•
Comunicaciones: no existirían ni los teléfonos, ni la radio, ni la televisión,
ni Internet.
•
Transportes: no funcionarían los coches, ni los trenes, ni barcos, ni aviones.
•
Educación: los libros de texto se maquetan en ordenador y tendrían que ser
impresos con la vieja imprenta de tinta, que se tarda mucho y queda muy mal.
•
Diversión: no existirían los videojuegos, la televisión, equipos de sonidos,
celulares, etc.
•
Alimentación: los alimentos frescos se estropearían sin refrigeración, y la
comida tendría que ser cocinada al fuego.
Uso
eficiente de la energía eléctrica. Medidas preventivas
La
electricidad es un servicio básico y prioritario en nuestra vida diaria y su
manejo debe hacerse con mucho cuidado para evitar accidentes.
Por
falta de atención o desinformación muchas personas han sido víctimas de
accidentes eléctricos y en algunos casos fatales, es por esa razón que se
presentan a continuación,algunos consejos importantes para el uso correcto de
la energía eléctrica y recomendaciones básicas para evitar accidentes:
--
Utilizar todos los aparatos eléctricos de acuerdo con las recomendaciones
de uso, mantenimiento y seguridad que aconseja el fabricante.
--
Para limpiar o reparar cualquier electrodoméstico (televisor, refrigerador,
plancha,etc.) primero desconéctelo.
--
Para desenchufar un aparato, nunca se debe jalar del cordón sino del enchufe.
No
utilizar cuchillos, ni destornilladores para desenchufarlos.
--
Mantenga los aparatos eléctricos alejados del agua.
--Para
cambiar un foco, tomarlo por el bulbo, jamás tocar la parte metálica.
--
Al utilizar aparatos eléctricos evitar estar descalzo o con los pies húmedos.
--
Nunca utilizar artefactos eléctricos en locales húmedos.
--
Nunca tocar la parte metálica de los artefactos eléctricos con las manos
mojadas o los pies descalzos.
--
Para utilizar, enchufar o desenchufar cualquier aparato eléctrico hay que
tener siempre las manos bien secas.
Uso
racional de la energía eléctrica
La
energía eléctrica es un recurso no renovable y por eso es necesario que la
utilicemos de manera responsable y evitemos su derroche. Para poder hacerlo,
debemos cambiar ciertas actitudes y costumbres que nos ayudarán a ahorrar
energía eléctrica y adoptar ciertas medidas como:
--
Mantener apagadas las luces y los equipos eléctricos cuando no se estén utilizando.
--Reemplazar
las bujías por lámparas de bajo consumo.
--Revisar
que las luces de la casa estén apagadas al salir.
--
Desenchufar los transformadores o cargadores cuando no se utilizan, ya
que consumen energía.
--
Secar la ropa al aire libre
--
Reducir el uso de secadores de cabello y otros electrodomésticos no
indispensables para la vida.
--
Apagar la televisión cuando no se está viendo.
--
Apagar las luces cuando se abandonan las habitaciones.
--
No abrir la refrigeradora a cada instante, ni dejarla abierta por mucho tiempo.
