La energía es un concepto relacionado con la idea de capacidad o fuerza para realizar algo. En física, la mecánica clásica define la energía como la capacidad de trabajo y sostiene que la cantidad de energía contenida en un sistema cerrado siempre es la misma, se mantiene constante, pero puede transformarse en distintas formas o tipos y puede transferirse de una partícula a otra.
Entre los tipos de energía que conocemos está la energía mecánica, que es aquella que se puede utilizar de forma directa para realizar trabajo mecánico, es decir, para cambiar el estado de movimiento o configuración de un cuerpo.
Existen dos tipos de energía mecánica, la energía cinética y la energía potencial, cuya suma es igual a la energía mecánica del sistema. La diferencia entre las dos es que la energía cinética está asociada al movimiento mientras que la energía potencial está asociada a la posición o configuración en relación a un campo de fuerzas. Si hay movimiento, cambia la posición y, por tanto, también la energía potencial.
Veamos en que consiste cada una y su relación.
1) Energía cinética
La energía cinética (designada como Ec) es aquella que posee un cuerpo en movimiento. Este concepto, que aparece desde la mecánica clásica hasta la mecánica cuántica, se define como el trabajo que hay que realizar para llevar a una particular desde una velocidad cero (estado de reposo) hasta su velocidad actual y es igual la mitad de su masa por la velocidad al cuadrado:
Al aplicar esta energía sobre el cuerpo, este acelera hasta alcanzar la velocidad indicada y una vez alcanza el cuerpo mantiene la misma energía cinética a menos que cambie la velocidad. Para que el cuerpo vuelva a estado de reposo se necesita aplicar un trabajo de la misma magnitud pero en sentido contrario. La energía cinética es, además, expansiva, por lo que se puede obtener coma la suma de la energía cinética de cada partícula que compone un sistema.
2) Energía potencial
La energía potencial es la que posee un cuerpo debido a su posición o configuración dentro de un campo de fuerzas conservativo, el cuál se caracteriza porque el trabajo total realizado por el campo para que una partícula realice un movimiento en una trayectoria cerrada es igual a cero, por ejemplo, una órbita planetaria. Es decir, el trabajo total para cambiar el sistema desde una determinada configuración hasta volver a la misma configuración es cero independientemente del camino seguido, por tanto el trabajo depende sólo del estado inicial y final.
Para explicar el concepto de energía potencial se suele recurrir a pensar en ella como la energía que almacena una partícula al cambiar de posición dentro de un campo de fuerzas conservativo. Para que la partícula pase de un punto A a un punto distinto B, hay que aplicar un trabajo a la partícula. La energía de este trabajo se transfiere a la participa y se transforma en energía potencial. Para volver del punto B al punto A hay que aplicar el mismo trabajo en sentido contrario, por eso el trabajo total en la trayectoria cerrada, sea cual sea el camino seguido, es igual cero.
Existen tres tipos de energía potencial:
1. Energía potencial gravitacional: es la energía potencial debido al campo gravitacional. Depende de la distancia (altura relativa) al centro de masas entre dos objetos.
2. Energía potencial electrostática: debida al campo generado por las fuerzas de interacción entre partículas de carga opuesta.
3. Energía potencial elástica: también llamada energía de deformación, es la energía mecánica potencial que almacena un sistema al aplicar fuerzas que cambian su forma o volumen pero no genera cambios termodinámicas irreversibles.
