El objetivo es establecer los principios de cómo un cuerpo puede adquirir energía al moverse o estar situado en cierta posición, con los siguientes temas:

• Trabajo & Potencia.
• Transformación del trabajo & Tipo de maquinas.
• Energía cinética & Potencial.
• Conservación de la energía. 

¿Qué es el Trabajo? 

El Trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra "W", es una fuerza que se mantiene aplicada a un cuerpo y hace que este se desplace una cierta distancia, ósea que la aplicación de la fuerza produzca TRABAJO.

Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.

Un par de ejemplos serian los siguientes: 

Como vemos el muñeco aplica una fuerza, es decir esta aplicando fuerza a un cuerpo, haciendo que este se desplace a una cierta distancia. 

Pero no existe trabajo si después de que levantas un objeto la mantienes suspendida en el aire, esto se debe que una ves levantado, la fuerza que ejerciste no produce un desplazamiento alguno.

El trabajo solo se ejerce al momento de levantar un objeto , el esfuerzo no implica un trabajo.

Ahora el ejemplo que vemos a continuación es lo contrario, ya que se aplica una fuerza a un cuerpo lo cual produce un trabajo

Para ser mas claros, tenemos los siguiente puntos:

1. Si el desplazamiento es nulo, entonces la fuerza es nula.
2. Si la dirección del desplazamiento y la fuerza son perpendiculares entre sí, entonces el trabajo es nulo.
3. Si el desplazamiento y la componente de la fuerza paralela al desplazamiento tienen el mismo sentido, entonces el trabajo es positivo.
4. Si el desplazamiento y la componente de la fuerza paralela al desplazamiento tienen sentidos contrarios, el trabajo es negativo.

¿Qué es la Potencia?

Relacionado con el Trabajo la Potencia se define como lo siguiente: "La Potencia es el Trabajo efectuado en una unidad de tiempo".

Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. La potencia se define como "SI", "sistema internacional".

Se puede definir la Potencia, como: "La rapidez en la realización de trabajo o la rapidez en el uso de la energía". 

Estas dos definiciones son equivalentes, puesto que se debe usar una unidad de energía para producir una unidad de trabajo. A menudo es conveniente calcular la potencia media.

La fuerza se debe dividir también por "N" para que no varié en trabajo. La tercera variable que incide en el trabajo es el ángulo formado entre la fuerza y el desplazamiento.

En esta imagen vemos como se aplica la potencia en un trabajo, haciendo fácil y rápido por medio de la fuerza.

Como vemos en la imagen esta es la representación de un caballo de fuerza o Horse Power (HP). 

• Un Watt es la cantidad del trabajo realizado para vencer un cuerpo que ofrece una resistencia de 1N y mover lo a una velocidad constante de 1m/s. 
• Un Horse Power "HP" es la potencia requerida para desplazar una masa de 75 kg. a una distancia de 1m en un tiempo de 1s.

La equivalencia de 1 HP en Watts es: 

1 HP= 735 W

1 W= 0.00136 HP

Para saber un poco mas de como aplicar estas formulas, pueden ver el siguiente vídeo: 

Para saber como aplicar el trabajo y potencia mediante la fuerza en la vida diaria como en el deporte o ejercicio, tenemos este siguiente vídeo como ejemplo de ello:

Transformaciones del trabajo y Tipo de maquinas.

Con el paso del tiempo ha ideado una seria de instrumentos o dispositivos, que le han facilitado la realización del trabajo.

Existen dos formas de realizar un trabajo, considerando que el ángulo se mantiene fijo:

• Si el desplazamiento es mayor, la fuerza es menor.
• Si el desplazamiento es menor, la fuerza es mayor.

Cuando se pone en juego cierta cantidad de energía para producir cambios sobre otros cuerpos o sobre los propios sistemas, la energía se transmite y se transforma mediante diferentes vías o procesos.

Históricamente el trabajo ha estado vinculado con la utilización de energía la de los animales, los combustibles y hasta el propio hombre  y además con la aplicación de fuerzas. Desde la antigüedad, para aumentar o disminuir la fuerza aplicada y variar su dirección, el hombre utilizó diferentes mecanismos, denominados máquinas simples.

Tipos de Maquinas.

Se le denomina maquina al dispositivo que se emplea para efectuar con mayor facilidad un trabajo. Un ejemplo de maquinas sencillas son: cuchillos, pinzas, rampas, ruedas, tijeras, cuñas, poleas simples, rodillos, manivelas, tornos, hachas, alicates, entres muchas mas. 

Las maquinas simples se pueden clasificar en tres grupos:

• Palanca.
• Plano inclinado.
• Rueda. 

Palanca: Es una barra rígida que gira alrededor de un punto de apoyo denominado fulcro, existen dos fuerzas que actúan en la palanca, la que se aplica se llama fuerza o potencia y la que se va a vencer se llama resistencia, tiene como función transmitir fuerza y desplazamiento.

Plano inclinado: Es una superficie rígida que forma un angulo agudo con la horizontal y sirve para elevar cuerpos a cierta altura.

Rueda: Es un cuerpo redondo que gira alrededor de un eje respecto a un punto fijo.

Parte de ello tenemos los siguientes ejemplos:

Este es un ejemplo de una palanca de como una masa se equilibra con otra veinte veces menor, si la situamos a una distancia de fulcro veinte veces mayor.

En este ejemplo de palanca podemos mostrar los tres puntos anteriores dichos en la definición.

El siguiente es un ejemplo de un plano inclinado donde se muestras como se vería un automóvil en forma de inclinación.

El siguiente es un ejemplo de rueda el cual es usado en todo tipo de trabajo y uso, lo cual el único objetivo de este es girar a un punto fijo el cual se denomina eje de giro.

Principio fundamental de las Palancas.

El principio fundamental de las palancas es que una palanca permite aumentar la intensidad de una fuerza reduciendo su recorrido y al mismo tiempo, al aumentarlo se reduce la fuerza que produce. 

Los elementos del Plano inclinado.

Los elementos del plano inclinado son los siguientes: 

1. Longitud del plano (l).
2. Altura (h).
3. Peso del cuerpo o carga (p).
4. Fuerza necesaria para subir la carga (F).
5. Ángulo del plano inclinado con la horizontal (0).

Los tipos de Rueda.

Usos:

• Rueda dentada: Bicicletas y Triciclos.
• Rueda de transporte: Automóviles y cualquier medio de transporte.
• Polea: Grúas.
• Rueda de palas: Molinos de agua.

Para dejar este aun mas claro de como usamos los tipos de maquinas aplicando un trabajo o transformación de trabajo tenemos el siguiente vídeo: 

Energía Cinética.

Energía es la capacidad para desarrollar un trabajo.

La Energía Cinética ganada o perdida es el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de masa (m) desde una velocidad inicial (V1) hasta una velocidad final (V).

La Energía Cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética.

Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede mover lo y, por lo tanto, producir un trabajo.

Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.

Características de la energía cinética:

• La energía cinética implica almacenar o ceder energía debido a la variación de su velocidad a fin de usarla después con otros propósitos.
• La energía cinética varia como el cuadrado de la velocidad, por lo que si un cuerpo aumenta su velocidad al doble, su energía cinética aumenta cuatro veces.
• La energía cinética puede ser positiva o negativa dependiendo de si el cuerpo pasa de una velocidad menor a una mayor o si pasa de una mayor a una menor, respectivamente.

Energía Potencial.

La energía potencial es aquella que un cuerpo posee en virtud de la posición en la que se encuentra.

La energía potencial es una energía que resulta de la posición o configuración del objeto. Un objeto puede tener la capacidad para realizar trabajo como consecuencia de su posición en un campo gravitacional (energía potencial gravitacional), un campo eléctrico (energía potencial eléctrica), o un campo magnético (energía potencial magnética). Puede tener energía potencial elástica como resultado de un muelle estirado u otra deformación elástica. 

Debido a la complejidad para calcular su valor, en lo sucesivo solo se centrara la atención en la energía potencial gravitacional, lo cual es lo siguiente:

"La energía que espera ser liberada una vez que un cuerpo de peso (P) se levanta una altura (h) de la superficie terrestre".

Características asociadas con la energía potencial gravitacional:

1. La energía potencial implica el almacenamiento de energía.
2. La energía potencial gravitacional se empieza a almacenar a partir del nivel de la superficie terrestre.
3. Para calcular la aceleración de la gravedad el signo es positivo debido a que el trabajo necesario para levantar un cuerpo es positivo.
4. Cuando un cuerpo caiga libremente, la altura disminuye al igual que la energía potencial gravitacional y al mismo tiempo su velocidad aumentara, por lo tanto ganara energía cinética. 

Para dejar esto mas claro, dejamos un vídeo relacionado con la energía cinética y potencial:

¿Qué es la ley de la conservación de la energía?

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado, sin interacción con ningún otro sistema, permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se transforma, puede cambiar de una forma a otra.

El principio de conservación de la energía es la suma total de energía en un objeto, de modo que no entre ni salga energía de él y se mantenga constante, limitándose a los fenómenos que en el ocurren y a transformaciones de unas en otras clases de energía.

Sistema mecánico en el cual se conserva la energía para el choque perfectamente elástico y ausencia de rozamiento.

Observemos el siguiente ejemplo: