Trabajo, energía y potencia mecánica

Esta lección de Física de 2º de Bachillerato cubre el bloque de trabajo, energía y potencia mecánica, uno de los pilares del temario de PAU (Selectividad) junto con la dinámica newtoniana, con la que se conecta a través del teorema de las fuerzas vivas.

Se define el trabajo mecánico como el producto escalar de la fuerza por el desplazamiento, W = F·d·cos(θ), destacando el caso particular —fuente de errores frecuentes— en que la fuerza es perpendicular al desplazamiento: el trabajo realizado es nulo, puesto que cos(90°) = 0, aunque exista fuerza y exista movimiento.

El teorema de las fuerzas vivas (o teorema trabajo-energía) se presenta como el puente entre dinámica y energía: el trabajo neto realizado sobre un cuerpo es igual a la variación de su energía cinética, W_neto = ΔK. Se aplica a un caso clásico: un bloque que se desliza y se detiene por rozamiento, donde el trabajo de la fuerza de rozamiento es exactamente -½mv² (toda la energía cinética inicial se disipa).

Se estudian las dos formas de energía potencial del temario: la gravitatoria (U_g = mgh, cuyo valor depende del nivel de referencia elegido para el cero) y la elástica (U_e = ½kx², obtenida integrando la fuerza recuperadora F = -kx de un muelle). El principio de conservación de la energía mecánica se aplica a la caída libre sin rozamiento, mientras que se analiza también el caso disipativo: en presencia de rozamiento, la energía mecánica del sistema disminuye, transformándose en calor.

Se distingue cuidadosamente entre fuerzas conservativas (gravitatoria, elástica) —cuyo trabajo no depende de la trayectoria seguida, solo de los puntos inicial y final— y fuerzas no conservativas como el rozamiento. Finalmente, se trabaja la potencia mecánica, P = F·v = W/t, y su relación inversa con el tiempo: para un mismo trabajo, a menor tiempo, mayor potencia desarrollada.

Las 12 preguntas alternan problemas de aplicación directa de fórmulas con preguntas conceptuales de verdadero/falso múltiple sobre unidades del SI (Julio para trabajo y energía, Vatio para potencia) y sobre la naturaleza escalar de la energía potencial. Las 12 flashcards recogen todas las fórmulas del bloque para un repaso rápido y eficaz.

• Calcular el trabajo mecánico realizado por una fuerza constante, incluyendo el caso especial de fuerza perpendicular al desplazamiento
• Aplicar el teorema de las fuerzas vivas para relacionar el trabajo neto con la variación de energía cinética
• Calcular la energía potencial gravitatoria y elástica en distintas situaciones físicas
• Distinguir fuerzas conservativas de no conservativas y explicar su efecto sobre la energía mecánica total
• Relacionar la potencia mecánica con el trabajo y el tiempo, y con el producto escalar fuerza-velocidad

"Un bloque de masa m se desliza por una superficie horizontal con rozamiento. Si el bloque se detiene tras recorrer una distancia d, según el teorema de las fuerzas vivas W = K_f - K_i = 0 - ½mv² = -½mv². Un muelle de constante elástica k se comprime una distancia x: la energía potencial elástica almacenada es U = ½kx²."