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9° grado · Ciencias Naturales
Las máquinas simples y las manifestaciones de la energía · Máquinas simples y formas de energía

Manifestaciones de la energía en la naturaleza

Frente a Managua, el volcán Momotombo humea, en Rivas las aspas giran con el viento y en Bluefields truena durante la tormenta. Parecen fenómenos sin relación, pero en todos hay energía. ¿Qué es la energía, en cuántas formas aparece y qué le pasa cuando se usa?

Trabajo y energía

Cuando empujas una carretilla cargada, la mueves: has hecho trabajo. Para empujarla necesitas fuerza y, además, que la carretilla se desplace.

La diferencia es esta: la energía es lo que tiene un cuerpo (una reserva); el trabajo es lo que se hace al transferir esa energía de un cuerpo a otro. Por eso se miden con la misma unidad: el trabajo es energía en tránsito.

Concepto ¿Qué es? Unidad Ejemplo
Trabajo Fuerza que mueve un cuerpo J Subir un saco de maíz a un camión
Energía Capacidad de hacer trabajo J La gasolina de un carro
Una persona empuja una carretilla con una fuerza F y la desplaza una distancia d: eso es trabajo. F d W = F · d
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Define con tus palabras los conceptos de trabajo y de energía. Indica en qué unidad del Sistema Internacional se mide cada uno y menciona un ejemplo cotidiano de cada…

Define con tus palabras los conceptos de trabajo y de energía. Indica en qué unidad del Sistema Internacional se mide cada uno y menciona un ejemplo cotidiano de cada concepto.

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Valeria levanta una mochila de $5$ kg desde el suelo hasta un estante a $2$ m de altura. Después se queda sosteniendo la mochila quieta durante un minuto. Con…

Valeria levanta una mochila de $5$ kg desde el suelo hasta un estante a $2$ m de altura. Después se queda sosteniendo la mochila quieta durante un minuto. Con $g = 10\ \text{m/s}^2$, calcula el trabajo realizado al levantarla ($W = F \cdot d$) y explica, en términos físicos, por qué mientras la sostiene sin moverla no realiza trabajo aunque se canse.

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Manifestaciones de la energía

La energía no se ve, pero sí se notan sus efectos. Según el efecto que produce, hablamos de distintas manifestaciones o formas de energía:

Manifestación Qué la caracteriza Ejemplo en Nicaragua
Calórica (térmica) Calor, aumento de temperatura Fogata, magma del Momotombo
Eléctrica Movimiento de cargas por un conductor La que llega a tu casa por el tomacorriente
Mecánica Movimiento y posición de los cuerpos Una pelota de béisbol en vuelo
Magnética Fuerzas de imanes Un imán que atrae un clavo
Luminosa Luz El sol, un foco encendido
Geotérmica Calor del interior de la Tierra Planta de San Jacinto-Tizate
Eólica Movimiento del aire Parque eólico de Rivas
Atómica (nuclear) Núcleos de los átomos El Sol, reactores nucleares
Sonora Vibraciones que viajan por el aire Una marimba, un trueno
Tres ejemplos de energía en la naturaleza: calórica de un volcán, eólica del viento y sonora de un trueno. Calórica: volcán Eólica: viento Sonora: trueno

Una misma situación puede mostrar varias formas a la vez: en una tormenta el rayo da luz, calor y sonido.

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La energía se presenta en la naturaleza de diversas formas. Relaciona cada situación con la energía que predomina: (a) el calor del magma del volcán Momotombo, (b) el…

La energía se presenta en la naturaleza de diversas formas. Relaciona cada situación con la energía que predomina: (a) el calor del magma del volcán Momotombo, (b) el viento que mueve las aspas en Rivas, (c) el trueno durante una tormenta en Bluefields, (d) un imán que atrae un clavo.

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Clasifica las siguientes situaciones según la forma de energía que se manifiesta: una lámpara encendida en una casa de León, una fogata en una excursión, una marimba que…

Clasifica las siguientes situaciones según la forma de energía que se manifiesta: una lámpara encendida en una casa de León, una fogata en una excursión, una marimba que se toca en una fiesta patronal y una bomba de agua conectada a la red eléctrica. Señala si es energía luminosa, calórica, sonora o eléctrica.

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Energía mecánica: cinética y potencial

La energía mecánica tiene dos partes:

  • Energía cinética ($E_c$): la que tiene un cuerpo por estar en movimiento. $E_c = \tfrac{1}{2} m v^2$.

  • Energía potencial ($E_p$): la que tiene por su altura sobre el suelo. $E_p = m \cdot g \cdot h$.

¿Por qué esas fórmulas? Cuanto más masa y más velocidad, más daño hace un choque; y cuanto más pesado y más alto está un objeto, más trabajo puede hacer al caer. La velocidad aparece al cuadrado: si duplicas la rapidez, la energía cinética se cuadruplica.

La pelota de béisbol

Una pelota golpeada hacia arriba cambia de energía en cada etapa:

Trayectoria de una pelota: al salir del bate tiene mucha energía cinética; en el punto más alto, la potencial es máxima; al caer, vuelve a ser cinética. Ec máxima Ep máxima Ec máxima
  • Al salir del bate: velocidad grande, altura casi cero → predomina la $E_c$.

  • Subiendo: la velocidad baja y la altura sube → la $E_c$ se transforma en $E_p$.

  • En el punto más alto: la pelota casi se detiene en vertical → predomina la $E_p$.

  • Al caer: la $E_p$ se transforma otra vez en $E_c$, que es máxima justo antes del suelo.

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Un bateador golpea una pelota de béisbol en el estadio de Managua y esta sube, alcanza su altura máxima y cae. Describe qué transformaciones de energía mecánica…

Un bateador golpea una pelota de béisbol en el estadio de Managua y esta sube, alcanza su altura máxima y cae. Describe qué transformaciones de energía mecánica (cinética y potencial) ocurren en cada etapa: al salir del bate, en el punto más alto y justo antes de caer al suelo.

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Transformaciones de la energía

La energía no se crea ni se destruye: se transforma de una forma en otra. Es lo que pasa en toda máquina y en toda planta de energía.

Un ejemplo del país es la planta geotérmica de San Jacinto-Tizate:

Cadena de transformaciones: calor del subsuelo, vapor, movimiento de la turbina, electricidad y luz del foco. Calorsubsuelo Vapora presión Turbinaen giro Energíaeléctrica Luz

Secuencia: energía geotérmica (calórica) → energía del vapor → energía mecánica de la turbina → energía eléctrica del generador → energía luminosa (y algo de calor) en el foco.

En cada paso una parte se "pierde" como calor que se dispersa. No desaparece: se vuelve calor del ambiente, que ya no podemos aprovechar.

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En la planta geotérmica de San Jacinto-Tizate, el calor del interior de la Tierra produce vapor que mueve una turbina conectada a un generador. Ordena la secuencia de…

En la planta geotérmica de San Jacinto-Tizate, el calor del interior de la Tierra produce vapor que mueve una turbina conectada a un generador. Ordena la secuencia de transformaciones de energía desde el calor del subsuelo hasta la luz de un foco en una casa, indicando la forma de energía en cada paso.

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Un carro de $1{,}000$ kg viaja por la carretera de Managua a Masaya a $20$ m/s y frena hasta detenerse. Usa $E_c = \tfrac{1}{2}mv^2$ para calcular la energía cinética…

Un carro de $1{,}000$ kg viaja por la carretera de Managua a Masaya a $20$ m/s y frena hasta detenerse. Usa $E_c = \tfrac{1}{2}mv^2$ para calcular la energía cinética inicial. Explica adónde se va esa energía al frenar, qué formas de energía aparecen y por qué se dice que la energía no se destruye sino que se transforma.

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Energía eólica y geotérmica

Nicaragua aprovecha dos fuentes naturales para producir electricidad.

Eólica Geotérmica
Origen Movimiento del aire, causado por el calentamiento desigual de la atmósfera por el Sol Calor del interior de la Tierra, en zonas volcánicas
Ejemplo Parque eólico de Rivas Momotombo, San Jacinto-Tizate
Depende de Que haya viento Del calor y vapor del subsuelo
Ventajas Renovable, no emite humo Renovable, produce casi de forma continua
Limitaciones El viento varía por hora y estación Solo donde hay actividad volcánica; requiere perforar pozos

La eólica cambia con el clima: hay horas y épocas con poco viento. La geotérmica depende del calor del subsuelo, que se mantiene día y noche, todo el año. Por eso la geotérmica es más estable; la eólica es un buen complemento.

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Compara la energía eólica y la energía geotérmica como fuentes para producir electricidad en Nicaragua. Para cada una indica su origen, de qué depende que esté…

Compara la energía eólica y la energía geotérmica como fuentes para producir electricidad en Nicaragua. Para cada una indica su origen, de qué depende que esté disponible, qué ventajas y qué limitaciones tiene, y razona cuál sería más estable durante todo el día y todo el año. Justifica tu conclusión.

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Resumen

Vuelve al principio: el calor del Momotombo (calórica), el viento de Rivas (eólica) y el trueno de Bluefields (sonora) son distintas manifestaciones de la misma energía, que se transforma sin destruirse.

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