En principio, podemos dar unha idea cualitativa de traballo como a capacidade de producir transformacións na materia e de enerxía como a capacidade dun sistema para realizar traballo (ou transformacións) polo que o traballo e a enerxía poden relacionarse mediante a ecuación W = ΔE
Se sobre un corpo que se move actúa unha forza, o traballo defínese como o producto do desprazamento pola compoñente tanxencial da forza,
W = Ft.d
Para propósitos prácticos é moi útil o concepto de potencia: magnitude física que relaciona o traballo (enerxía transferida) co tempo, de xeito que se desenvolve unha gran potencia cando un traballo se fai en pouco tempo e unha pequena potencia cando o mesmo traballo faise tardando moito, matemáticamente (potencia) = (traballo ou enerxía)/(tempo).
Para desenvolver un determinado traballo máis comodamente (facendo menos forza) as personas inventaron as máquinas: dispositivos que permiten realizar menos forza para desenvolver o mesmo traballo, loxicamente a cambio de producir un desprazamento máis longo. Debe ser constante o producto (forza)x(desprazamento).
Enerxía Cinética, EC (debida ao movemento relativo) que se define EC = (1/2)mv². Pódese deducir a partires do traballo, WF = FF.d = m.a.d, e como d = (1/2)a(Δt)² e a(Δt) = v (se vi = 0), resultará que WF = (1/2)mv² = EC. Neste caso ECi = 0, polo que xeralizando
WF = ΔEC
Enerxía Potencial, EP (debida ás interaccións -gravitatorias, eléctricas, etc.-). Aquí estudiaremos a enerxía potencial gravitatoria do sistema corpo-Terra. Como o traballo feito por nós é Wext = F.d = m.g.d, en función da altura mg(hf-hi). Se definimos unha función EP tal que EP = m.g.h, o traballo feito por nós cumprirá a condición
Wext = ΔEP
Cando hai interaccións entre corpos as enerxías cinética e potencial cambian. En calquera sistema cúmprese sempre a Lei de conservación da enerxia (LCe): Nun sistema illado (Wext= 0) a enerxía mecánica consérvase e non varia (ΔEmec = 0). Entón,
Emec= (EC+EP)1 = (EC+EP)2 = Cte
Nun sistema non-illado (Wext ≠ 0) a enerxía pode cambiar (ΔE ≠ 0), pero o traballo feito pola(s) forza(s) externa(s) é exactamente igual ao cambio de enerxía. Entón,
Wext = ΔEmec = ΔEC+ΔEP
Nalgúns casos (como p.ex. cando hai rozamento) parece que non se cumpre. Non é así, a LCe cúmprese sempre se temos en conta todas as formas de transferencia de enerxía (pode intercambiarse en forma de traballo e/ou calor) e, polo tanto, toda a enerxía do sistema e dos arredores (no caso do rozamento hai unha transferencia en forma de calor) -> Ampliación da lei de conservación da enerxía
A calor non é unha forma especial de enerxía, é traballo. Traballo relacionado co desprazamento das partículas constituíntes da materia (do corpo). Loxicamente, debido ao seu caracter microscópico non se pode medir como (forza)x(desprazamento). Este traballo cambia a enerxía cinética interna das moléculas, átomos ou ións. A magnitude física temperatura é unha medida estadística dese movemento das partículas. Por iso as unidades de medida da calor e do traballo están relacionadas mediante o equivalente mecánico da calor, 1 cal = 4,19 J.
Entre os efectos físicos máis importantes da calor están:
a.- cambios na temperatura dos corpos: Ti → Tf → Q = m.C.(ΔT)
b.- cambios de fase: [Sólido ↔ Líquido ↔ Gas ]→ Q = m.L
c.- cambios nas dimensións dos corpos (lonx, superf, volum) [Dimen]i → [Dimen]f
*nota: non se deben confundir as ''clases de enerxía'' coas ''fontes de enerxía'' (química, eólica, hidráulica, mareomotriz, etc.)
Segundo acabamos de ver a enerxía pode transferirse de dúas maneiras: en forma de traballo e en forma de calor, loxicamente ambas as dúas mídense nas mesmas unidades (no SI en J), pero non son equivalentes cualitativamente. A enerxía transferida en forma de traballo pode converterse integramente en calor, pero non toda a enerxía transferida en forma de calor pode convertirse en traballo (principio de degradación da enerxía).
Os sistemas físicos poden intercambiar ou non enerxía entre si. Hai moitos casos en que a enerxía pasa dun sistema A a aoutro B polo transporte dunha masa desde o A ao B (p.ex. se queremos aproveitar a enerxía dun sistema formado por auga almacenada nun encoro, a auga debe caer desde algunha altura ata abaixo). Sen embargo tamén é posible o intercambio enerxético sen transporte neto de masa entrambos os dous sistemas: é o caso dos movementos ondulatorios que se producen cando hai unha perturbación (vibración) nun medio continuo: a perturbación propágase a outros puntos do medio sen transporte neto de materia. Estes movementos ondulatorios posúen propiedades características identificables experimentalmente: reflexión, refracción, interferencia, etc. e son exemplos típicos: a luz e o son.
Anterior: APLICACIÓNS da DINÀMICA ; Seguinte: QUÍMICA