Física 4° año - Unidad III
energía
Prof. Alejandra Yuhjtman Colegio Aula XXI
situaciones que se pueden describir usando el término energía
Un relámpago es una descarga de energía
Cuando corre tan rápido el guepardo gasta mucha energía
Comer nos da energía
Se puede obtener energía del Sol
Sin nafta un auto no fucniona porque no tiene energía.
Las pilas tienen la energía que algunos artefactos necesitan para funcionar
verbos asociados a la energía
producir
almacenar
El viento permite producir energía
Las baterías almacenan energía
perder
adquirir/ganar
Cuando un té se enfría pierde energía
En la subida inicial, el tren gana energía.
transferir/transmitir
La energía del Sol se transfiere a la Tierra a través del espacio
la energía en las noticias
Todos los años hay noticias que tienen a la energía como protagonista en la mayoría de las secciones:
- Tecnología.
- Política.
- Sociedad.
definición científica de energía
Los objetos son capaces de provocar cambios de tamaño, de forma o de posición, movimientos, transformaciones o alteraciones, aumentos o disminuciones de temperatura, fenómenos observables (luz, sonido). Por ejemplo, un piano que cae, o un juguete que marcha a toda velocidad, al chocar, provocan de formaciones y roturas. La cuerda de un arco, al soltarse, pone en movimiento una flecha. La luz del Sol que incide sobre una calculadora permite que esta funcione. Una bola de nieve en lo alto de una montaña es capaz de rodar y ganar velocidad. El calor aportado por el gas de una hornalla hace hervir el agua y la transforma en vapor. Una rana puede dar saltos, poniendo en acción los músculos de sus piernas, gracias a que se ha alimentado. Un timbre suena cuando, al oprimir un botón, se cierra un circuito eléctrico y un martillo golpea la campana. El fuego quema la madera y la transforma en cenizas. En todos estos sistemas se pueden producir acciones muy diversas, acciones que involucran fuerzas (por ejemplo, el peso, la tensión), y movimientos (desplazamientos, rotaciones, deformaciones). Decimos, por lo tanto, que la energía de estos sistemas es la capacidad que tienen de “hacer algo”: moverse o mover otros objetos; deformarse o deformar otros objetos; transformarse o transformar otros objetos; generar luz, calor, sonido. Esta capacidad está vinculada con la posibilidad de que haya una combinación de fuerzas y movimientos.
La energía como una propiedad de los sistemas
Tipos de sistemas
La energía es una magnitud física
clases o formas de energía
La idea de que hay distintas clases de energía se utiliza tanto para trabajar en Física como en Tecnología. En Física, cuando se habla de clases de energía, se hace referencia a los procesos que están involucrados como fuente original de esa energía. Una clasificación habitual, que proviene de la Física clásica del siglo XIX, propone esta división: energía mecánica (debida al movimiento y a la posición), energía electromagnética (vinculada con fenómenos de electricidad y magnetismo), energía química (asociada a las uniones químicas entre los átomos), energía térmica (relacionada con el calor y la temperatura) y energía nuclear (“almacenada” en los núcleos de los átomos).
¿Sabías que...En tecnología se considera que las distintas clases de energía están relacionadas con su forma de obtención, es decir, las distintas fuentes.
+info
unidades de medida de la energía
kWh
Joules
Calorías
Se utiliza para medir cantidades "grandes" de energía.
Tiene su origen en la medición de cantidades equivalentes de diferentes formas de energía
Tiene su origen en la medición de cantidades de calor.
+info
+info
+info
Un joule (J) es la energía que se utiliza cuando se ejerce una fuerza de 1 N y se logra desplazar un objeto una distancia de 1 m. 1 J = 0,239 cal
El kWh es la unidad que se utiliza para medir y cobrar el consumo de energía eléctrica en los diferentes lugares de uso, como por ejemplo los hogares. 1000 J = 0,000278 kWh
Una caloría (cal) es la cantidad de energía que se necesita para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1°C. 1 Cal = 1000 cal
Según la información del evase de un postre de vainilla
Según la información del evase de un postre de vainilla
El cálculo del valor energético y el etiquetado frontal de los alimentos envasados
En las góndolas de los supermercados cada vez vemos más alimentos y bebidas con octógonos negros al frente de los envases. Estos sellos nutricionales advierten sobre el contenido en exceso de azúcares, grasas saturadas, grasas totales, calorías y sodio, de acuerdo con la Ley de Promoción de la Alimentación Saludable -conocida como “ley de etiquetado frontal”- sancionada en octubre de 2021. El cálculo que permite saber si un alimento está o no en exceso de algunos de estos nutrientes críticos se relaciona con la cantidad de calorías que aporta, es decir, con su contenido de energía.
+ info
la medición de la energía de un sistema
La energía de un sistema es difícil de medir directamente. Tampoco existe un único instrumento que nos permita medirla, a diferencia de lo que ocurre con otras magnitudes como por ejemplo la longitud, que puede medirse con una regla. La medición de la cantidad de energía de un sistema depende de qué clase de energía de trate. Veremos aquellas que son más fáciles y directas de medir:
E. Potencial gravitatoria
Energía cinética
energía cinética
Esta forma de energía está determinada por la cantidad de materia que posee un sistema y por su velocidad. Para medirla hace falta conocer estas dos variables: masa (m) y velocidad (v) y luego efectuar el siguiente cálculo: Ec = m . v2 /2 El resultado que se obtiene queda expresado en Joules, que equivalen a la combinación de unidades de masa, longitud y tiempo: Joules = kg.m2/s2
Cuanto más rápido se mueve la skater, más energía cinética tiene el sistema formado por la skater y su skate. Por ejemplo, si la masa del sistema es 60kg y su velocidad es 10 m/s entonces su energía cinética es 60kg . (10 m/s)2 /2 = 3000 J
velocidad
energía potencial gravitatoria
Para medir esta forma de energía de un sistema hay que conocer su peso (P) en Newtons y a qué altura se encuentra en un campo gravitatorio (h). Luego se efectúa el siguiente cálculo: Epg = P . h El resultado que se obtiene queda expresado en Joules, que equivalen a la combinación de unidades de masa, longitud y tiempo: Joules = kg.m2/s2
A medida que la skater desciende por la rampa su energía potencial gravitatoria disminuye. Por ejemplo, sabiendo que su peso es 600 N, cuando se encuentra a 4 metros de altura su energía será 600N . 4m = 2400 J.
peso y masa
conservación de la energía
La energía no puede crearse ni destruirse. Solo puede transformarse, como dice la famosa frase: "nada se pierde, todo se transforma". Esto puede verse en los casos en que los cuerpos están moviéndose bajo la influencia de la gravedad. Cuando caen, es decir, cuando su altura disminuye, su velocidad aumenta. Cuando su Epg disminuye, su Ec aumenta de manera que la suma de ambas Epg + Ec se mantiene constante. A esta suma se la denomina energía mecánica: EM = Epg + Ec
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Cálculo del exceso en azúcares
Un producto lleva el sello de “exceso en azúcares” cuando el aporte de calorías provenientes de este nutriente crítico es mayor al 20% (10% para grandes empresas) del aporte energético total. Sabiendo que cada gramo de azúcar aporta 4 Calorías (o kcal), se calcula cuántas calorías aportan estos azúcares por cada porción y luego se compara con la cantidad de calorías totales de esa misma porción.
Estas galletitas tienen 2,4 g de azúcares añadidos por cada 100 g de producto. Esta cantidad aporta 2,4 g * 4 kcal/g = 9,6 kcal. Esta cantidad la comparamos con la energía total que aporta el producto, en la misma porción de 100 g, que en este caso es 367 kcal. El cálculo del porcentaje es 100 * 9,6 / 367 = 2,6 % Este porcentaje es inferior al 10% por lo tanto este producto no lleva sello de exceso en azúcares.
Ejemplo
Peso y masa El peso es la intensidad de la fuerza gravitatoria con la que los objetos son atraídos al piso del planeta en el que están. Se puede medir en kgf o en N. 1 kgf equivalen a 10 N aproximadamente.
Cálculo del exceso en grasas totales
El etiquetado “exceso en grasas totales” aparece cuando en la composición final del producto el 30% o más de las calorías del alimento provienen de las grasas totales. Sabiendo que cada gramo de grasa aporta 9 Calorías (o kcal), se calcula cuántas calorías aportan las grasas que el producto contiene por cada porción y luego se compara con la cantidad de calorías totales de esa misma porción.
Estas galletitas tienen 0,7 g de grasas totales por cada 100 g de producto. Esta cantidad aporta 0,7 g * 9 kcal/g = 6,3 kcal. Esta cantidad la comparamos con la energía total que aporta el producto, en la misma porción de 100 g, que en este caso es 367 kcal. El cálculo del porcentaje es 100 * 6,3 / 367 = 1,7 % Este porcentaje es inferior al 30% por lo tanto este producto no lleva sello de exceso en grasas totales.
Ejemplo
Energía electromagnética
La energía electromagnética de un sistema se incrementa o disminuye según su posición en un campo electromagnético. Estos se generan debido la posición y movimiento de las cargas eléctricas.
Los sistemas pueden contener distintas cantidades de energía, según el estado en el que se encuentran. El agua caliente tiene más energía que el agua fría; la cuerda del arco posee más energía cuando está tensa que cuando está sin estirar; un objeto que viaja a 100 kilómetros por hora tiene más energía que uno que se mueve a 30 kilómetros por hora. La energía de los sistemas es una propiedad que se puede medir: es posible asignarle una cantidad o medida, formada por un número y por una unidad de medida.
La unidad de medida internacional para la energía es el Joule (J), aunque hay muchas otras unidades, que resultan útiles para los campos de la Biología o la Tecnología, por ejemplo. Quizás hayan oído hablar de las Calorías, con mayúsculas. Esta unidad –que en realidad se llama “gran caloría” o kilocaloría– se usa mucho en relación con procesos químicos o biológicos en los cuales se consume o se libera energía en forma de calor.
La velocidad Es una magnitud que permite describir cuán rápido se mueve algo y en qué dirección. Su valor puede ser, por ejemplo, 120 km/h. Sus unidades de medida son una combinación de unidades de distancia y tiempo.
Cálculo del exceso en calorías
En la información nutricional de un alimento o bebida envasada figura el valor energético por porción. Para calcular si hay exceso en calorías hay que calcular cuántas Calorías (o kcal) aporta el producto cada 100 gramos. En el caso de un producto sólido si esta cantidad supera los 300 kcal está en exceso. En el caso de un producto líquido el exceso se considera a partir de los 500 kcal por 100 g de producto.
Este yogurt aporta un valor energético de 138 kcal por cada porción de 200 g. Por lo tanto, cada porción de 100 g aporta 69 kcal. Este valor es inferior a 300 kcal, por lo tanto no presenta exceso de calorías.
Ejemplo
Desde el punto de vista de los intercambios de materia y energía, podemos clasificar los sistemas en tres tipos: abiertos, cerrados y aislados. En un sistema abierto se produce intercambio de materia y energía. En un sistema cerrado hay intercambio de energía pero no de materia. En un sistema aislado no hay intercambio ni de materia ni de energía.
Energía mecánica en una montaña rusa
El movimiento de un carrito de montaña rusa es un clásico ejemplo que se utiliza para estudiar la conservación de la energía mecánica.
Animación de la energía en la montaña rusa
Por ejemplo, para un carrito de 50 kg que inicialmente sube hasta una altura de 20 metros, su energía potencial gravitatoria es 10000 J. Luego el carrito empieza a descender. Su Epg disminuye mientras que su Ec aumenta, pero la suma siempre da 10000 J. EM = Epg + Ec = 10000 J Ec = 10000 J - Epg Cuando el carrito está a una altura de 6 metros, entonces su energía cinética es 10000 J - 3000 J = 7000 J.
Energía química
En una explosión se produce calor, sonido, a veces luz o llamas, movimientos violentos, deformaciones, destrucción. Todas estas espectaculares transformaciones son indicio de que la sustancia que explota posee una gran energía almacenada. A este tipo de energía se la llama energía química, porque tiene que ver con la composición de las sustancias (es decir, la manera en que sus átomos están “ordenados”; por ejemplo, cuando están enlazados formando moléculas).
Energía mecánica
en una caída libre
Un objeto de 1 kg se suelta desde cierta altura, por ejemplo, 10 metros. Inicialmente su energía potencial gravitatoria es 100 J. A medida que empieza a descender, esta energía irá disminuyendo. Pero... ¡nada se pierde! irá aumentando su energía cinética, de manera que su energía total seguirá siendo la misma que tenía al comienzo: 100 J. Por ejemplo, cuando el objeto esté a 4 m, su energía potencial será de 40 J, con lo cual su energía cinética será de 60 J.
La suma 40 J + 60 J sigue siendo 100 J. Esta es su energía mecánica, que es la que se conserva, es decir, que se mantiene en el mismo valor durante todo el proceso.
En el caso particular del arco y la flecha, la cuerda es capaz de “hacer” mientras está tensa; cuando la soltamos, pone en movimiento a la flecha pero después queda “relajada” y ya no puede impulsar proyectiles hasta que la volvemos a tensar. Lo que sucede, entonces, es que la cuerda tiene una cierta energía porque está deformada: la energía no es una característica de la cuerda como objeto, sino del sistema formado por la cuerda “estirada”.
La bola de nieve en la montaña puede ponerse en movimiento porque está a cierta altura. Si estuviera en el piso, no podría rodar a menos que la empujáramos. La bola cae porque está elevada y, a medida que va descendiendo, va ganando velocidad. De nuevo, la energía no es una característica de la bola como objeto, sino una propiedad del sistema formado por la bola en la cima de la montaña.
Energía mecánica
La energía mecánica de un sistema se incrementa o disminuye según:
- Su velocidad
- Su posición en un campo gravitatorio.
- Su posición según el estiramiento de un material elástico.
La energía nuclear es la que está asociada a la unión o separación de partículas subatómicas, en el núcleo de los átomos. Su existencia se pone en evidencia mediante los procesos de fusión y fisión nuclear. La fusión nuclear es el proceso por el cual las estrellas emiten energía.
Fisica - 4° - UIII
Alejandra Yuhjtman
Created on August 22, 2024
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Física 4° año - Unidad III
energía
Prof. Alejandra Yuhjtman Colegio Aula XXI
situaciones que se pueden describir usando el término energía
Un relámpago es una descarga de energía
Cuando corre tan rápido el guepardo gasta mucha energía
Comer nos da energía
Se puede obtener energía del Sol
Sin nafta un auto no fucniona porque no tiene energía.
Las pilas tienen la energía que algunos artefactos necesitan para funcionar
verbos asociados a la energía
producir
almacenar
El viento permite producir energía
Las baterías almacenan energía
perder
adquirir/ganar
Cuando un té se enfría pierde energía
En la subida inicial, el tren gana energía.
transferir/transmitir
La energía del Sol se transfiere a la Tierra a través del espacio
la energía en las noticias
Todos los años hay noticias que tienen a la energía como protagonista en la mayoría de las secciones:
definición científica de energía
Los objetos son capaces de provocar cambios de tamaño, de forma o de posición, movimientos, transformaciones o alteraciones, aumentos o disminuciones de temperatura, fenómenos observables (luz, sonido). Por ejemplo, un piano que cae, o un juguete que marcha a toda velocidad, al chocar, provocan de formaciones y roturas. La cuerda de un arco, al soltarse, pone en movimiento una flecha. La luz del Sol que incide sobre una calculadora permite que esta funcione. Una bola de nieve en lo alto de una montaña es capaz de rodar y ganar velocidad. El calor aportado por el gas de una hornalla hace hervir el agua y la transforma en vapor. Una rana puede dar saltos, poniendo en acción los músculos de sus piernas, gracias a que se ha alimentado. Un timbre suena cuando, al oprimir un botón, se cierra un circuito eléctrico y un martillo golpea la campana. El fuego quema la madera y la transforma en cenizas. En todos estos sistemas se pueden producir acciones muy diversas, acciones que involucran fuerzas (por ejemplo, el peso, la tensión), y movimientos (desplazamientos, rotaciones, deformaciones). Decimos, por lo tanto, que la energía de estos sistemas es la capacidad que tienen de “hacer algo”: moverse o mover otros objetos; deformarse o deformar otros objetos; transformarse o transformar otros objetos; generar luz, calor, sonido. Esta capacidad está vinculada con la posibilidad de que haya una combinación de fuerzas y movimientos.
La energía como una propiedad de los sistemas
Tipos de sistemas
La energía es una magnitud física
clases o formas de energía
La idea de que hay distintas clases de energía se utiliza tanto para trabajar en Física como en Tecnología. En Física, cuando se habla de clases de energía, se hace referencia a los procesos que están involucrados como fuente original de esa energía. Una clasificación habitual, que proviene de la Física clásica del siglo XIX, propone esta división: energía mecánica (debida al movimiento y a la posición), energía electromagnética (vinculada con fenómenos de electricidad y magnetismo), energía química (asociada a las uniones químicas entre los átomos), energía térmica (relacionada con el calor y la temperatura) y energía nuclear (“almacenada” en los núcleos de los átomos).
¿Sabías que...En tecnología se considera que las distintas clases de energía están relacionadas con su forma de obtención, es decir, las distintas fuentes.
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unidades de medida de la energía
kWh
Joules
Calorías
Se utiliza para medir cantidades "grandes" de energía.
Tiene su origen en la medición de cantidades equivalentes de diferentes formas de energía
Tiene su origen en la medición de cantidades de calor.
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Un joule (J) es la energía que se utiliza cuando se ejerce una fuerza de 1 N y se logra desplazar un objeto una distancia de 1 m. 1 J = 0,239 cal
El kWh es la unidad que se utiliza para medir y cobrar el consumo de energía eléctrica en los diferentes lugares de uso, como por ejemplo los hogares. 1000 J = 0,000278 kWh
Una caloría (cal) es la cantidad de energía que se necesita para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1°C. 1 Cal = 1000 cal
Según la información del evase de un postre de vainilla
Según la información del evase de un postre de vainilla
El cálculo del valor energético y el etiquetado frontal de los alimentos envasados
En las góndolas de los supermercados cada vez vemos más alimentos y bebidas con octógonos negros al frente de los envases. Estos sellos nutricionales advierten sobre el contenido en exceso de azúcares, grasas saturadas, grasas totales, calorías y sodio, de acuerdo con la Ley de Promoción de la Alimentación Saludable -conocida como “ley de etiquetado frontal”- sancionada en octubre de 2021. El cálculo que permite saber si un alimento está o no en exceso de algunos de estos nutrientes críticos se relaciona con la cantidad de calorías que aporta, es decir, con su contenido de energía.
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la medición de la energía de un sistema
La energía de un sistema es difícil de medir directamente. Tampoco existe un único instrumento que nos permita medirla, a diferencia de lo que ocurre con otras magnitudes como por ejemplo la longitud, que puede medirse con una regla. La medición de la cantidad de energía de un sistema depende de qué clase de energía de trate. Veremos aquellas que son más fáciles y directas de medir:
E. Potencial gravitatoria
Energía cinética
energía cinética
Esta forma de energía está determinada por la cantidad de materia que posee un sistema y por su velocidad. Para medirla hace falta conocer estas dos variables: masa (m) y velocidad (v) y luego efectuar el siguiente cálculo: Ec = m . v2 /2 El resultado que se obtiene queda expresado en Joules, que equivalen a la combinación de unidades de masa, longitud y tiempo: Joules = kg.m2/s2
Cuanto más rápido se mueve la skater, más energía cinética tiene el sistema formado por la skater y su skate. Por ejemplo, si la masa del sistema es 60kg y su velocidad es 10 m/s entonces su energía cinética es 60kg . (10 m/s)2 /2 = 3000 J
velocidad
energía potencial gravitatoria
Para medir esta forma de energía de un sistema hay que conocer su peso (P) en Newtons y a qué altura se encuentra en un campo gravitatorio (h). Luego se efectúa el siguiente cálculo: Epg = P . h El resultado que se obtiene queda expresado en Joules, que equivalen a la combinación de unidades de masa, longitud y tiempo: Joules = kg.m2/s2
A medida que la skater desciende por la rampa su energía potencial gravitatoria disminuye. Por ejemplo, sabiendo que su peso es 600 N, cuando se encuentra a 4 metros de altura su energía será 600N . 4m = 2400 J.
peso y masa
conservación de la energía
La energía no puede crearse ni destruirse. Solo puede transformarse, como dice la famosa frase: "nada se pierde, todo se transforma". Esto puede verse en los casos en que los cuerpos están moviéndose bajo la influencia de la gravedad. Cuando caen, es decir, cuando su altura disminuye, su velocidad aumenta. Cuando su Epg disminuye, su Ec aumenta de manera que la suma de ambas Epg + Ec se mantiene constante. A esta suma se la denomina energía mecánica: EM = Epg + Ec
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Cálculo del exceso en azúcares
Un producto lleva el sello de “exceso en azúcares” cuando el aporte de calorías provenientes de este nutriente crítico es mayor al 20% (10% para grandes empresas) del aporte energético total. Sabiendo que cada gramo de azúcar aporta 4 Calorías (o kcal), se calcula cuántas calorías aportan estos azúcares por cada porción y luego se compara con la cantidad de calorías totales de esa misma porción.
Estas galletitas tienen 2,4 g de azúcares añadidos por cada 100 g de producto. Esta cantidad aporta 2,4 g * 4 kcal/g = 9,6 kcal. Esta cantidad la comparamos con la energía total que aporta el producto, en la misma porción de 100 g, que en este caso es 367 kcal. El cálculo del porcentaje es 100 * 9,6 / 367 = 2,6 % Este porcentaje es inferior al 10% por lo tanto este producto no lleva sello de exceso en azúcares.
Ejemplo
Peso y masa El peso es la intensidad de la fuerza gravitatoria con la que los objetos son atraídos al piso del planeta en el que están. Se puede medir en kgf o en N. 1 kgf equivalen a 10 N aproximadamente.
Cálculo del exceso en grasas totales
El etiquetado “exceso en grasas totales” aparece cuando en la composición final del producto el 30% o más de las calorías del alimento provienen de las grasas totales. Sabiendo que cada gramo de grasa aporta 9 Calorías (o kcal), se calcula cuántas calorías aportan las grasas que el producto contiene por cada porción y luego se compara con la cantidad de calorías totales de esa misma porción.
Estas galletitas tienen 0,7 g de grasas totales por cada 100 g de producto. Esta cantidad aporta 0,7 g * 9 kcal/g = 6,3 kcal. Esta cantidad la comparamos con la energía total que aporta el producto, en la misma porción de 100 g, que en este caso es 367 kcal. El cálculo del porcentaje es 100 * 6,3 / 367 = 1,7 % Este porcentaje es inferior al 30% por lo tanto este producto no lleva sello de exceso en grasas totales.
Ejemplo
Energía electromagnética
La energía electromagnética de un sistema se incrementa o disminuye según su posición en un campo electromagnético. Estos se generan debido la posición y movimiento de las cargas eléctricas.
Los sistemas pueden contener distintas cantidades de energía, según el estado en el que se encuentran. El agua caliente tiene más energía que el agua fría; la cuerda del arco posee más energía cuando está tensa que cuando está sin estirar; un objeto que viaja a 100 kilómetros por hora tiene más energía que uno que se mueve a 30 kilómetros por hora. La energía de los sistemas es una propiedad que se puede medir: es posible asignarle una cantidad o medida, formada por un número y por una unidad de medida.
La unidad de medida internacional para la energía es el Joule (J), aunque hay muchas otras unidades, que resultan útiles para los campos de la Biología o la Tecnología, por ejemplo. Quizás hayan oído hablar de las Calorías, con mayúsculas. Esta unidad –que en realidad se llama “gran caloría” o kilocaloría– se usa mucho en relación con procesos químicos o biológicos en los cuales se consume o se libera energía en forma de calor.
La velocidad Es una magnitud que permite describir cuán rápido se mueve algo y en qué dirección. Su valor puede ser, por ejemplo, 120 km/h. Sus unidades de medida son una combinación de unidades de distancia y tiempo.
Cálculo del exceso en calorías
En la información nutricional de un alimento o bebida envasada figura el valor energético por porción. Para calcular si hay exceso en calorías hay que calcular cuántas Calorías (o kcal) aporta el producto cada 100 gramos. En el caso de un producto sólido si esta cantidad supera los 300 kcal está en exceso. En el caso de un producto líquido el exceso se considera a partir de los 500 kcal por 100 g de producto.
Este yogurt aporta un valor energético de 138 kcal por cada porción de 200 g. Por lo tanto, cada porción de 100 g aporta 69 kcal. Este valor es inferior a 300 kcal, por lo tanto no presenta exceso de calorías.
Ejemplo
Desde el punto de vista de los intercambios de materia y energía, podemos clasificar los sistemas en tres tipos: abiertos, cerrados y aislados. En un sistema abierto se produce intercambio de materia y energía. En un sistema cerrado hay intercambio de energía pero no de materia. En un sistema aislado no hay intercambio ni de materia ni de energía.
Energía mecánica en una montaña rusa
El movimiento de un carrito de montaña rusa es un clásico ejemplo que se utiliza para estudiar la conservación de la energía mecánica.
Animación de la energía en la montaña rusa
Por ejemplo, para un carrito de 50 kg que inicialmente sube hasta una altura de 20 metros, su energía potencial gravitatoria es 10000 J. Luego el carrito empieza a descender. Su Epg disminuye mientras que su Ec aumenta, pero la suma siempre da 10000 J. EM = Epg + Ec = 10000 J Ec = 10000 J - Epg Cuando el carrito está a una altura de 6 metros, entonces su energía cinética es 10000 J - 3000 J = 7000 J.
Energía química
En una explosión se produce calor, sonido, a veces luz o llamas, movimientos violentos, deformaciones, destrucción. Todas estas espectaculares transformaciones son indicio de que la sustancia que explota posee una gran energía almacenada. A este tipo de energía se la llama energía química, porque tiene que ver con la composición de las sustancias (es decir, la manera en que sus átomos están “ordenados”; por ejemplo, cuando están enlazados formando moléculas).
Energía mecánica
en una caída libre
Un objeto de 1 kg se suelta desde cierta altura, por ejemplo, 10 metros. Inicialmente su energía potencial gravitatoria es 100 J. A medida que empieza a descender, esta energía irá disminuyendo. Pero... ¡nada se pierde! irá aumentando su energía cinética, de manera que su energía total seguirá siendo la misma que tenía al comienzo: 100 J. Por ejemplo, cuando el objeto esté a 4 m, su energía potencial será de 40 J, con lo cual su energía cinética será de 60 J.
La suma 40 J + 60 J sigue siendo 100 J. Esta es su energía mecánica, que es la que se conserva, es decir, que se mantiene en el mismo valor durante todo el proceso.
En el caso particular del arco y la flecha, la cuerda es capaz de “hacer” mientras está tensa; cuando la soltamos, pone en movimiento a la flecha pero después queda “relajada” y ya no puede impulsar proyectiles hasta que la volvemos a tensar. Lo que sucede, entonces, es que la cuerda tiene una cierta energía porque está deformada: la energía no es una característica de la cuerda como objeto, sino del sistema formado por la cuerda “estirada”.
La bola de nieve en la montaña puede ponerse en movimiento porque está a cierta altura. Si estuviera en el piso, no podría rodar a menos que la empujáramos. La bola cae porque está elevada y, a medida que va descendiendo, va ganando velocidad. De nuevo, la energía no es una característica de la bola como objeto, sino una propiedad del sistema formado por la bola en la cima de la montaña.
Energía mecánica
La energía mecánica de un sistema se incrementa o disminuye según:
La energía nuclear es la que está asociada a la unión o separación de partículas subatómicas, en el núcleo de los átomos. Su existencia se pone en evidencia mediante los procesos de fusión y fisión nuclear. La fusión nuclear es el proceso por el cual las estrellas emiten energía.