La energía es un concepto fundamental en la física que ha sido objeto de estudio y debate desde tiempos inmemoriales. Muchas veces se piensa en la energía como una fuerza inmutable, constante, que no se modifica. Sin embargo, esto no es del todo cierto, ya que existe un tipo de energía que se altera con el movimiento, con la actividad, con la dinámica. Este tipo de energía se llama energía dinámica y a lo largo de este artículo, profundizaremos en su definición, su importancia y sus ejemplos.
¿Qué es la energía dinámica?
La energía dinámica es aquella energía que se encuentra en los sistemas que se encuentran en movimiento, que están en constante cambio. Se trata de una energía cinética, que proviene de la actividad física, de la fuerza que se ejerce sobre los objetos y de su movimiento.
En términos más simples, la energía dinámica es aquella que se produce cuando un cuerpo cae, cuando la corriente eléctrica circula, cuando los electrones se mueven en un circuito o cuando se jala un carrito con una cuerda. En todos estos casos, la energía dinámica está presente, actuando como una fuerza en movimiento.
Tipos de energía dinámica
La energía dinámica se expresa de diferentes maneras, dependiendo del sistema en cuestión. Algunos ejemplos de energía dinámica son:
- Energía eléctrica dinámica: cuando los electrones circulan libremente por un conductor eléctrico, se produce una corriente eléctrica, que es otra forma de explicar la energía dinámica.
- Energía mecánica: la energía mecánica es una combinación de la energía cinética y la energía potencial gravitatoria. Esta energía se produce cuando un cuerpo se mueve en un campo gravitatorio, realizando un trabajo.
- Energía sonora: la energía sonora es la energía que se produce a partir de las ondas sonoras. Esta energía se produce gracias al movimiento de las moléculas del aire que se propagan por el espacio.
¿Cómo se puede medir la energía dinámica?
La energía dinámica se mide en Joules, que es la unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades. El Joule se define como el trabajo realizado por una fuerza de 1 Newton a lo largo de un metro. Para medir la energía mecánica, las fórmulas que se usan son:
- Energía cinética: Ec = 1/2mv^2
- Energía potencial gravitatoria: Ep = mgh
- Energía potencial elástica: Epe = 1/2kX
Estas fórmulas nos permiten saber cuánta energía dinámica se produce en diferentes contextos. Por ejemplo, si se quiere saber cuánta energía cinética se produce al subir escaleras, se puede medir la masa y la velocidad de la persona y aplicar la fórmula. Del mismo modo, si se quiere saber cuánta energía potencial gravitatoria se produce al subir una montaña, se puede medir la masa del cuerpo y la altura alcanzada.
La conservación de la energía en sistemas dinámicos
Uno de los principios más importantes en la física es la Ley de la Conservación de la Energía, que establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En el caso de los sistemas dinámicos, esta ley se aplica de manera muy precisa.
En un sistema cerrado, la suma de las energías cinética y potencial se mantiene constante a lo largo del tiempo. Es decir, si un cuerpo se mueve de un punto A a un punto B, la energía que se utilizó para el trabajo realizado debe ser igual a la energía que se genera en el punto B. Esto se expresa mediante la ecuación:
1/2mv1^2 + mgh1 = 1/2mv2^2 + mgh2
Este principio se explica gracias a las fuerzas disipativas que actúan sobre el sistema, haciendo que la energía se transforme en otras formas, como el sonido o el calor. Pero en ningún caso se destruye.
La electricidad dinámica
Uno de los ejemplos más conocidos de la energía dinámica es la electricidad dinámica, que se produce cuando hay una fuente permanente de electricidad que provoca la circulación permanente de electrones por un conductor. La electricidad dinámica se produce gracias a la acción de una fuerza electromotriz o fem, que es la fuerza que impulsa a los electrones a moverse por el conductor.
Se pueden distinguir dos tipos de fuentes permanentes de electricidad: químicas y electromecánicas. Las fuentes químicas son aquellas que transforman la energía química en eléctrica, como las baterías. Las fuentes electromecánicas, por otro lado, son aquellas que transforman la energía mecánica en eléctrica, como las dinamos.
La pila eléctrica
Una pila eléctrica es un ejemplo claro de una fuente química de electricidad. Funciona gracias a la transformación de la energía química en energía eléctrica. Una pila eléctrica consta de dos electrodos, uno positivo y otro negativo, sumergidos en una solución electrolítica.
La solución electrolítica actúa como un puente que permite el intercambio de electrones entre los electrodos, generando una corriente eléctrica. La corriente eléctrica producida por una pila eléctrica puede ser utilizada para encender una bombilla, un motor eléctrico o cualquier otro dispositivo eléctrico que requiera una fuente de energía eléctrica constante.
La dinamo
La dinamo es una máquina electromecánica que transforma la energía mecánica de rotación en energía eléctrica. La dinamo consta de un imán y un sistema de bobinas de alambre. Cuando se hace girar el imán dentro del sistema de bobinas, se genera una corriente eléctrica que puede utilizarse de diferentes maneras.
La dinamo fue uno de los primeros dispositivos capaces de producir energía eléctrica de manera efectiva y aún se utiliza en muchos contextos. Por ejemplo, se encuentra en bicicletas que tienen un generador eléctrico instalado, convirtiendo el movimiento de la pedalada en electricidad.
La electricidad dinámica y la conductividad
Para que se pueda producir electricidad dinámica, es importante que se establezca una conexión eléctrica adecuada entre los diferentes cuerpos que participan. La circulación de corriente eléctrica entre dos cuerpos cargados es posible gracias a que hay una diferencia de potencial eléctrico y que se utiliza una barra conductora para establecer la unión entre los cuerpos.
La circulación de corriente eléctrica depende también del tipo de barra utilizada. La conductividad eléctrica es la propiedad que tienen los materiales para transportar electricidad. Algunos materiales tienen una conductividad eléctrica muy alta, como los metales, mientras que otros tienen una conductividad eléctrica muy baja, como los plásticos o la madera.
El trabajo en sistemas dinámicos
El trabajo realizado en sistemas dinámicos está directamente relacionado con la energía en movimiento. El trabajo se define como el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Cuando se realiza trabajo sobre un cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento.
El trabajo total en un sistema dinámico se puede calcular como la suma de los trabajos realizados por cada partícula del sistema. Esto se puede expresar como:
W = ∑F•d
Donde W es el trabajo, F es la fuerza aplicada y d es la distancia recorrida.
Las fuerzas internas y externas
En un sistema dinámico, las fuerzas que actúan sobre el sistema se dividen en dos tipos: fuerzas internas y fuerzas externas.
Las fuerzas internas son aquellas que actúan entre partículas del sistema. Estas fuerzas suelen ser conservativas y se pueden expresar en función de una energía potencial asociada. La suma de las fuerzas internas no siempre es cero, pero la suma de los trabajos realizados por ellas sí.
Por otro lado, las fuerzas externas son aquellas que actúan sobre el sistema desde el exterior. El trabajo de las fuerzas externas se expresa en términos de la energía propia del sistema. Esta energía se define como la suma de la energía cinética y la potencial interna.
Los casos de trabajo en sistemas dinámicos
Los casos de trabajo realizados en sistemas dinámicos se pueden clasificar en tres tipos:
- Trabajo positivo: se produce cuando la fuerza aplicada sobre el objeto actúa en la misma dirección del desplazamiento. Por ejemplo, cuando un objeto se tira hacia arriba.
- Trabajo negativo: se produce cuando la fuerza aplicada actúa en dirección opuesta al desplazamiento. Por ejemplo, cuando se frena un objeto para evitar su movimiento.
- Trabajo nulo: se produce cuando la fuerza aplicada es perpendicular al desplazamiento. En este caso, el trabajo realizado es cero.
Conclusiones
La energía dinámica es una forma de energía que se produce en los sistemas que están en movimiento. Se relaciona directamente con el trabajo que se realiza sobre los objetos y la fuerza que se aplica sobre ellos. Algunos ejemplos de energía dinámica incluyen la energía cinética, la energía eléctrica y la energía sonora.
La conservación de la energía es un principio fundamental en los sistemas dinámicos. El trabajo realizado sobre un sistema se transforma en energía mecánica, sonora o eléctrica, pero no se crea ni se destruye. La fuerza que actúa sobre
