5.2.- TIPUS D'ENERGIA.
5.2.1.- ENERGIA CINÈTICA, ENERGIA POTENCIAL I ENERGIA MECÀNICA.
Fixem-nos ara en l'acció d'una màquina sobre un objecte. Per l'acció d'una palanca, per exemple, podrem aconseguir que un deteminat objecte es mogui amb una certa velocitat, o bé que pugi a una certa altura.
Veiem dos exemples:
En tots dos casos, la màquina (palanca o tenalles) haurà fet un treball sobre l'objecte i li haurà comunicat energia.
Veiem ara alguns tipus d'energia:
1.- ENERGIA CINÈTICA (Ec): Correspon a l'energia que té un objecte quan es mou a una certa velocitat (v). El seu valor es calcula amb l'expressió següent:
on m és la massa de l'objecte (mesurada en kg) i v (mesurada en m/s) ja hem comentat que correspon a la seva velocitat.
Pots veure el video següent:
A continuació es mostren alguns exemples de problemes amb Ec:
Problema 1: Calcula l'energia cinètica (Ec) d'un cos de 2 kg que es mou a una velocitat de 80 km/h.
Problema 2: Calcula la velocitat d'un cos de 3 kg que presenta una Ec de 150 J.
Problema 3: Calcula la massa d'un cos que circula amb una velocitat de 5 m/s i amb una Ec de 200 J.
Pots veure el video següent:
A continuació es mostren alguns exemples de problemes amb Ec:
Problema 1: Calcula l'energia cinètica (Ec) d'un cos de 2 kg que es mou a una velocitat de 80 km/h.
Problema 2: Calcula la velocitat d'un cos de 3 kg que presenta una Ec de 150 J.
Problema 3: Calcula la massa d'un cos que circula amb una velocitat de 5 m/s i amb una Ec de 200 J.
2.- ENERGIA POTENCIAL (Ep): Correspon a l'energia que té un objecte quan adquireix una altura (h) sobre el nivell del terra. El seu valor es calcula amb l'expressió següent:
on m és la massa de l'objecte (mesurada en kg), h (mesurada en m) ja hem comentat que correspon a l'altura i g correspon al valor de l'acceleració de la gravetat a la superfície terrestre ( g= 9'8 m/s2).
Pots veure el video següent:
A continuació es mostren alguns exemples de problemes amb Ep:
Problema 4: Calcula l'Ep d'un cos de 2 kg, situat a 4 metres d'altura.
Problema 5: Calcula la altura a la que es troba un cos de 3 kg, si presenta una Ep de 250 J, en aquest punt.
Problema 6: Calcula la massa d'un cos que es troba a 5 metres d'altura sobre el terra si presenta una Ep de 200 J en aquest punt.
Pots veure el video següent:
A continuació es mostren alguns exemples de problemes amb Ep:
Problema 4: Calcula l'Ep d'un cos de 2 kg, situat a 4 metres d'altura.
Problema 5: Calcula la altura a la que es troba un cos de 3 kg, si presenta una Ep de 250 J, en aquest punt.
Problema 6: Calcula la massa d'un cos que es troba a 5 metres d'altura sobre el terra si presenta una Ep de 200 J en aquest punt.
3.- ENERGIA MECÀNICA (Em): Un objecte es pot moure i alhora, estar situat a una certa altura. Llavors té energia cinètica i energia potencial. La suma de totes dues s'anomena energia mecànica.
Energia mecànica = Energia cinètica + Energia potencial
A continuació es mostren alguns exemples de problemes amb Em:
Problema 7: Calcula l'Em d'un cos d'1 kg que a una altura de 10 m, presenta una velocitat de 8 m/s.
Problema 8: Calcula l'altura a la que es trobarà un cos, si en aquest punt presenta una Em de 350 J, amb una velocitat de 7 m/s.
Problema 9: Calcula la velocitat a la que es desplaça un cos si la seva Em és de 500 J, quan es troba a una altura de 8 metres sobre el nivell del terra.
Per acabar aquest apartat, aplicarem el Principi de conservació de l'energia mecànica a un exemple pràctic:
EXEMPLE:
Si llancem un objecte cap a dalt, observem que la velocitat disminueix a mesura que ascendeix. En el punt més alt es para un instant, per iniciar el descens. A mesura que va baixant, va més ràpid. Al llarg del recorregut, l'objecte va canviant la seva energia (perquè la velocitat i l'altura van canviant i així la seva energia cinètica i la seva energia potencial també canvien, com veurem posteriorment). Aquesta variació de l'energia es produeix sota les següents consideracions:
- En el moment inicial i considerant que l'altura és zero (l'objecte està en terra), l'objecte té energia potencial (Ep) zero. L'energia cinètica (Ec) dependrà de la velocitat a la que llancem l'objecte cap a dalt.
- A mesura que l'objecte ascendeix, la seva energia cinètica (Ec) va disminuint (disminueix la velocitat) i l'energia potencial (Ep) va augmentant (cada vegada està més alt).
- En el punt més alt, l'energia cinètica (Ec) és zero (l'objecte està parat) i l'energia potencial (Ep) és màxima (l'objecte es troba al punt més alt).
- En la baixada, l'objecte va perdent energia potencial (Ep) i va guanyant energia cinètica (Ec) perquè cada vegada va més ràpid.
- Quan l'objecte arriba a la posició inicial, l'energia potencial (Ep) tornarà a ser zero i l'energia cinètica (Ec) serà la mateixa que quan el vam llençar.
L'energia mecànica del cos (que recordem que es la suma de l'energia cinética més la potencial) es manté constant si no hi ha cap força que actuï sobre l'objecte.
Així, al gràfic anterior, veiem que l'energia cinètica (en violeta) i l'energia potencial (en vermell) sumen el mateix en qualsevol punt de la trajectòria d'aquest objecte llençat a l'aire.
Hem de tenir en compte que aquest exemple és en condicions ideals i rarament no es dóna a la natura, perquè sempre hi ha alguna força actuant sobre aquest objecte (per exemple el fregament de l'aire).
Un altre exemple d'aquests canvis energètics, el veiem a la situació següent:
En el primer dibuix, el sac de massa m no té energia potencial ni cinètica. En el segon dibuix, el sac ha adquirit una energia potencial gràcies a la feina de l'operari. En el tercer dibuix, el sac s'ha deixat anar i va perdent energia potencial (al perdre alçada) però va guanyant energia cinètica en guanyar velocitat.
5.2.2.- ALTRES TIPUS D'ENERGIA.
Per últim hem de saber que existeixen un gran nombre de tipus d'energia a banda dels que hem presentat en aquest apartat. Alguns tipus són:
Hem de tenir en compte que aquest exemple és en condicions ideals i rarament no es dóna a la natura, perquè sempre hi ha alguna força actuant sobre aquest objecte (per exemple el fregament de l'aire).
Un altre exemple d'aquests canvis energètics, el veiem a la situació següent:
En el primer dibuix, el sac de massa m no té energia potencial ni cinètica. En el segon dibuix, el sac ha adquirit una energia potencial gràcies a la feina de l'operari. En el tercer dibuix, el sac s'ha deixat anar i va perdent energia potencial (al perdre alçada) però va guanyant energia cinètica en guanyar velocitat.
5.2.2.- ALTRES TIPUS D'ENERGIA.
Quan ingerim aliments, aquests aliments ens proporcionen energia i parlem d'energia química, que correspon a l'energia que tenen els compostos químics que formen aquests aliments.
Els motors elèctrics s'alimenten d'energia elèctrica, que correspon a l'energia que tenen les partícules carregades d'electricitat quan es mouen en una determinada direcció, produint un corrent elèctric.
La calor que es produeix, per exemple, quan hi ha fricció entre dos objectes, s'anomena energia tèrmica o calorífica.
Al quadre següent et mostrem els diferents tipus:
Ja veus que al llarg dels teus estudis científics i tecnològics, trobaràs molts tipus d'energia. En les màquines simples, però, només ens interessa l'energia mecànica que ja t'hem explicat amb detall.