Ley de la conservación de la energía

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Energía:

El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. 

En física, ¨energía¨ se define como la capacidad para realizar un trabajo. 

Tipos de energía:

-Energía térmica.

-—Energía eléctrica.

-Energía radiante.

—-Energía química.

—-Energía nuclear.

Orígenes:

La ley de conservación de la energía, formulada por primera vez en el siglo XIX, es una ley de la física.

—Los filósofos antiguos se remontan a Tales de Mileto, tenían indicios de la conservación de una sustancia subyacente de que todo está hecho.

—En 1638, Galileo publicó su análisis de varias situaciones, incluyendo el famoso "péndulo interrumpido", que puede ser descrita como conservadora conversión de energía potencial en energía cinética y viceversa.

Más tarde se demostró que, en las condiciones adecuadas, ambas cantidades

se conservan al mismo tiempo, como en las colisiones elásticas.



"Ley de la conservación de la energía"

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra. 

"La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma".


"La energía del universo es constante".





Transformaciones de dicha ley:


TERMODINÁMICA:

La termodinámica (del griego termo, que significa «calor» y dínamis, que significa «fuerza») es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico. Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental. Los estados de equilibrio se estudian y definen por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema, o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes, tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden tratarse por medio de la termodinámica. 

Un ejemplo seria una máquina térmica típica donde puede observarse la entrada desde una fuente de calor (caldera) a la izquierda y la salida a un disipador de calor (condensador) a la derecha. El trabajo se extrae en este caso mediante una serie de pistones.

El principio de la conservación de energía en:

El principio en mecánica clásica:

En mecánica lagrangiana:

La mecánica lagrangiana es una reformulación de la mecánica clásica introducida por Joseph Louis Lagrange en 1788. En la mecánica lagrangiana, la trayectoria de un objeto es obtenida encontrando la trayectoria que minimiza la acción, que es la integral del lagrangiano en el tiempo; siendo éste la energía cinética del objeto menos la energía potencial del mismo.

En mecánica newtoniana:

El principio de conservación de la energía, no puede derivarse de un principio tan elegante como el teorema de Noether, pero puede comprobarse directamente para ciertos sistemas simples de partículas en el caso de que todas las fuerzas deriven de un potencial, el caso más simple es el de un sistema de partículas puntuales que interactúan a distancia de modo instantáneo. 

El principio en mecánica relativista:

—— Una primera dificultad para generalizar la ley de conservación de la energía de la mecánica clásica a la teoría de la relatividad está en que en mecánica relativista no podemos distinguir adecuadamente entre masa y energía. Así de acuerdo con esta teoría, la sola presencia de un partícula material de masa m en reposo respecto de un observador implica que dicho observador medirá una cantidad de energía asociada a ella. Otro hecho experimental contrastado es que en la teoría de la relatividad no es posible formular una ley de conservación de la masa análoga a la que existe en mecánica clásica, ya que esta no se conserva. Así aunque en mecánica relativista no existan leyes de conservación separadas para la energía no asociada a la masa y para la masa, sin embargo, sí es posible formular una ley de conservación "masa-energía" o energía total.

El principio en mecánica cuántica:


En mecánica cuántica aparecen algunas dificultades al considerar la cantidad de energía de un sistema a lo largo del tiempo. Así la energía total en ciertos sistemas aislados no está fijada para algunos estados cuánticos sino que puede fluctuar a lo largo del tiempo. Sólo los estados llamados estacionarios que son auto-vectores del operador hamiltoniano tienen una energía bien definida, cuando además el hamiltoniano no depende del tiempo.

La energía cinética y la energía potencial son dos ejemplos de las muchas formas de energía. La energía mecánica considera la relación entre ambas. La energía mecánica total de un sistema se mantiene constante cuando dentro de él solamente actúan fuerzas conservativas.

—Fuerzas conservativas:

Las fuerzas conservativas tienen dos propiedades importantes: 

1-Si el trabajo realizado sobre una partícula que se mueve entre cualesquiera dos puntos es independiente de la trayectoria seguida de la partícula.

2-El trabajo realizado por una fuerza conservativa a lo largo de cualquier trayectoria cerrada es cero.

— Fuerzas no conservativas:

La propiedad más importante para clasificar una fuerza como no conservativa es cuando esa fuerza produce un cambio en la energía mecánica, definida como la suma de la energía cinética y potencial. El tipo de energía asociada a una fuerza no conservativa puede ser un aumento o disminución de la temperatura. 

Ejemplo en la vida cotidiana:

Un animal se muere, la materia se descompone, ayuda fertilizar, crece hierva que se la come una vaca para que viva, matan la vaca se la come un ser humano, le da energía para vivir, muere el hombre se descompone se forman microorganismos, y en fin, el ciclo nunca termina la materia o la energía de la materia no desapareció si no que se transformo para servir en otros propósitos.

Para entender mejor lo anteriormente mostrado se invita a mirar el vídeo siguiente:

Complementando lo presentado en el vídeo se realizó una película para ampliar el nivel de comprensión del tema.

Equipo #8:

 Karen Gpe. Castañeda González

 Jesús Salvador Almada Esquer

 José Carlos Osuna Pérez

 Jesús Gilberto Uribe Castro

 Jesús Ernesto Herrera Yanes

    Mtro. Salvador Acosta Bordas

    Materia. Física I 

    Grupo. 4BM EO

La Mecánica en la Física

     MECÁNICA

Es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. Modernamente la mecánica incluye la evolución de sistemas físicos más generales que los cuerpos másicos. En ese enfoque la mecánica estudia también las ecuaciones de evolución temporal de sistemas físicos como los campos electromagnéticos o los sistemas cuánticos donde propiamente no es correcto hablar de cuerpos físicos.

El conjunto de disciplinas que abarca la mecánica convencional es muy amplio y es posible agruparlas en cuatro bloques principales:

•Mecánica clásica 

•Mecánica cuántica

•Mecánica relativista 

•Teoría cuántica de campos

La mecánica es una ciencia perteneciente a la física, ya que los fenómenos que estudia son físicos, por ello está relacionada con las matemáticas. Sin embargo, también puede relacionarse con la ingeniería, en un modo menos riguroso. Ambos puntos de vista se justifican parcialmente ya que, si bien la mecánica es la base para la mayoría de las ciencias de la ingeniería clásica, no tiene un carácter tan empírico como éstas y, en cambio, por su rigor y razonamiento deductivo, se parece más a la matemática.  

De la mecánica se derivan:

•La Cinemática.

•La Dinámica.

•La Estática.

Cinemática:

Estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan (las fuerzas) y se limita, esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo. La aceleración es el ritmo con el que cambia la velocidad. La velocidad y la aceleración son las dos principales magnitudes que describen cómo cambia la posición en función del tiempo.

•Los elementos básicos de la cinemática son el espacio, el tiempo y un móvil.

Dinámica:

Describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas.

La dinámica es la parte de la mecánica que se ocupa del estudio del movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de las fuerzas. En sistemas cuánticos la dinámica requiere un planteamiento diferente debido a las implicaciones del principio de incertidumbre.

Estática:

Es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo.

De esta limitación pueden derivarse cantidades como la carga o la presión.

La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido, solución a los problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear las condiciones básicas de equilibrio, que son:

•El resultado de la suma de fuerzas es nulo.

•El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.

Movimiento

¿Qué es el movimiento?

El movimiento es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia variando la distancia de dicho cuerpo con respecto a ese punto o sistema de referencia, describiendo una trayectoria. Para producir movimiento es necesaria una intensidad de interacción o intercambio de energía que sobrepase un determinado umbral. 

El movimiento se refiere al cambio de ubicación en el espacio a lo largo del tiempo, tal como es medido por un observador físico. Un poco más generalmente el cambio de ubicación puede verse influido por las propiedades internas de un cuerpo o sistema físico, o incluso el estudio del movimiento en toda su generalidad lleva a considerar el cambio de dicho estado físico.



Se mostrará un vídeo acerca de la mecánica y algunas derivaciones:

     A continuación se presentará una película en la que se describirá más a fondo el movimiento el movimiento y sus derivaciones.

Equipo #1:

 Karen Gpe. Castañeda González

 Jesús Salvador Almada Esquer

 José Carlos Osuna Pérez

 Jesús Gilberto Uribe Castro

 Jesús Ernesto Herrera Yanes

Mtro. Salvador Acosta Bordas

Materia. Física I

Grupo. 4BM EO