La energía que “falta” suele haber cambiado de lugar o de forma
En un frenado, observar solo la rapidez conduce a pensar que la energía desapareció. Al ampliar el sistema aparecen el calentamiento de frenos y neumáticos, la deformación y el sonido.
Un balance útil comienza con una frontera. Después compara dos estados y registra lo que entra o sale mediante trabajo, calor, radiación o materia.
Conexiones de la familia
Para una fuerza concreta, revisa trabajo mecánico. Para balances limitados a movimiento y configuración, usa energía mecánica.
Fórmula principal
Entrada y salida incluyen trabajo, calor y otras transferencias definidas de forma coherente con la frontera del sistema.
Magnitudes, símbolos y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Símbolo de unidad | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Energía total | E | joule | J | Suma de las formas incluidas. |
| Trabajo | W | joule | J | Transferencia por acción mecánica. |
| Calor | Q | joule | J | Transferencia debida a diferencia de temperatura. |
| Potencia media | P | watt | W | Energía transferida por tiempo. |
| Tiempo | t | segundo | s | Intervalo del proceso. |
Fórmulas derivadas
Sistema aislado
Efinal = EinicialProcedencia: No cruza energía ni materia por la frontera.
Cuándo usarla: Aislamiento dentro de la precisión del modelo.
Trabajo neto
Wneto = ΔEcProcedencia: Teorema trabajo–energía.
Cuándo usarla: Se incluyen todas las fuerzas sobre la partícula.
Potencia media
Pmedia = ΔE/ΔtProcedencia: Ritmo medio de transferencia.
Cuándo usarla: Intervalo finito y energía transferida conocida.
Cómo construir un balance de energía
Dibuja la frontera
Separa sistema y entorno.
Elige estados
Define con claridad inicio y final.
Inventaría energías
Incluye cinética, potencial, interna y las demás relevantes.
Anota transferencias
Registra trabajo, calor, radiación y flujo de materia.
Aplica signos coherentes
En esta convención, entrada y salida se escriben como cantidades positivas en lados distintos.
Verifica el balance
Comprueba unidades, magnitud y destino de cualquier disminución mecánica.
10 ejemplos explicados de trabajo y conservación de energía
Cada solución avanza de la situación concreta a la interpretación del resultado. Comprueba los datos, las unidades y el sentido de la conclusión antes de continuar.
Caída dentro del sistema Tierra–pelota
ΔEc = +49 J.
Problema: Una pelota pierde 49 J de energía potencial al caer sin aire. ¿Cuánto aumenta su energía cinética?
- Datos: ΔEp = −49 J; sin transferencias externas ni disipación.
- Principio: ΔEc + ΔEp = 0.
- Sustitución: ΔEc = −ΔEp = 49 J.
- Cálculo o razonamiento: El aumento compensa exactamente la disminución.
- Resultado: ΔEc = +49 J.
- Interpretación: La energía se transforma dentro del sistema; no entra desde fuera.
Empuje externo sobre un carrito
Ec final = 80 J.
Problema: Una persona realiza 80 J de trabajo neto sobre un carrito inicialmente en reposo. ¿Cuál es su energía cinética final?
- Datos: Ec inicial = 0; Wexterno,neto = 80 J.
- Principio: Wneto = ΔEc.
- Sustitución: 80 = Ec final − 0.
- Cálculo o razonamiento: Ec final = 80.
- Resultado: Ec final = 80 J.
- Interpretación: El trabajo externo transfiere energía al carrito y cambia su movimiento.
Frenado de una bicicleta
Se transforman aproximadamente 500 J en energía interna y otras formas.
Problema: Una bicicleta pierde 500 J de energía cinética al frenar. ¿Desaparece esa energía?
- Datos: ΔEc = −500 J; frenos, ruedas y entorno incluidos.
- Principio: La energía total se conserva aunque la mecánica se transforme.
- Sustitución: La disminución de Ec aparece principalmente como aumento de energía interna.
- Cálculo o razonamiento: 500 J mecánicos se redistribuyen en el sistema y el entorno.
- Resultado: Se transforman aproximadamente 500 J en energía interna y otras formas.
- Interpretación: La conservación exige rastrear todas las formas relevantes, no solo la energía mecánica.
Potencia al subir escaleras
Pmedia = 300 W.
Problema: Una persona aumenta su energía gravitatoria en 1500 J durante 5 s. ¿Cuál es su potencia mecánica media útil?
- Datos: ΔEp = 1500 J; Δt = 5 s.
- Principio: Pmedia = ΔE/Δt.
- Sustitución: P = 1500/5.
- Cálculo o razonamiento: 1500 ÷ 5 = 300.
- Resultado: Pmedia = 300 W.
- Interpretación: La potencia describe qué tan rápido se transfiere energía; no es otra forma de energía.
Péndulo con resistencia del aire
No se viola la conservación de la energía.
Problema: Un péndulo real alcanza cada vez menor altura. ¿Se viola la conservación?
- Datos: La energía mecánica disminuye; hay aire, sonido y calentamiento.
- Principio: Amplía el sistema y contabiliza energía interna y transferencias.
- Sustitución: Em perdida = aumento de energía interna + sonido transferido.
- Cálculo o razonamiento: La suma total permanece constante dentro de la precisión del modelo.
- Resultado: No se viola la conservación de la energía.
- Interpretación: Lo que disminuye es la energía mecánica disponible, no la energía total.
Choque inelástico
La energía cinética no se conserva en general.
Problema: Dos carros chocan y quedan unidos. ¿Se conserva necesariamente la energía cinética?
- Datos: Sistema de dos carros; choque con deformación y sonido.
- Principio: En un sistema aislado se conserva la energía total y el momento; la energía cinética puede cambiar.
- Sustitución: Ec inicial = Ec final + energía interna + sonido.
- Cálculo o razonamiento: Parte de la energía cinética se transforma durante la deformación.
- Resultado: La energía cinética no se conserva en general.
- Interpretación: No debe sustituirse “conservación de energía” por “conservación de energía cinética”.
Lámpara y calentamiento
510 J se transforman principalmente en energía interna y radiación no visible.
Problema: Una lámpara recibe 600 J de energía eléctrica y emite 90 J como luz visible. ¿Cuánta energía se transforma en otras formas?
- Datos: E entrada = 600 J; luz visible = 90 J.
- Principio: E entrada = E luz + E otras formas.
- Sustitución: E otras = 600 − 90.
- Cálculo o razonamiento: 600 − 90 = 510.
- Resultado: 510 J se transforman principalmente en energía interna y radiación no visible.
- Interpretación: El balance incluye toda la salida, no solo el efecto útil que interesa al usuario.
Motor con eficiencia conocida
Entrega 1500 J útiles y transforma 500 J en energía interna, sonido y otras formas.
Problema: Un motor recibe 2000 J y su eficiencia útil es 75 %. ¿Cuánto trabajo útil entrega y cuánto se transforma en otras formas?
- Datos: E entrada = 2000 J; η = 75 % = 0,75.
- Principio: W útil = ηE entrada; E restante = E entrada − W útil.
- Sustitución: W útil = 0,75×2000; E restante = 2000−1500.
- Cálculo o razonamiento: W útil = 1500 J; E restante = 500 J.
- Resultado: Entrega 1500 J útiles y transforma 500 J en energía interna, sonido y otras formas.
- Interpretación: La eficiencia reparte la energía de entrada; no mide una pérdida de energía total.
Caída con resistencia del aire
30 J pasan principalmente a energía interna del aire y de la pelota.
Problema: Una pelota pierde 100 J de energía potencial, pero su energía cinética solo aumenta 70 J. ¿Qué ocurre con los 30 J restantes?
- Datos: ΔEp = −100 J; ΔEc = +70 J.
- Principio: La diferencia debe aparecer en otras formas o transferencias.
- Sustitución: E otras = 100 − 70.
- Cálculo o razonamiento: 100 − 70 = 30.
- Resultado: 30 J pasan principalmente a energía interna del aire y de la pelota.
- Interpretación: La energía mecánica disminuye, pero el balance total se conserva al incluir el entorno.
Central hidroeléctrica
Pmedia = 2 000 000 W = 2 MW.
Problema: Una turbina transforma 6 MJ de energía del agua en 3 s. ¿Cuál es su potencia media de salida?
- Datos: E = 6 MJ = 6 000 000 J; t = 3 s.
- Principio: Pmedia = E/t.
- Sustitución: P = 6 000 000/3.
- Cálculo o razonamiento: 6 000 000 ÷ 3 = 2 000 000.
- Resultado: Pmedia = 2 000 000 W = 2 MW.
- Interpretación: La potencia indica el ritmo de transformación; la energía total considerada en los tres segundos es 6 MJ.
Ahora te toca a ti
Ejercicio 1
Un sistema recibe 200 J y entrega 50 J. ¿Cómo cambia su energía?
Comprobar respuesta
Respuesta: Aumenta 150 J.
ΔE = 200−50.
Ejercicio 2
Una fuerza neta realiza −80 J. ¿Cómo cambia Ec?
Comprobar respuesta
Respuesta: Disminuye 80 J.
Wneto = ΔEc.
Ejercicio 3
Se transfieren 900 J en 3 s. Calcula la potencia media.
Comprobar respuesta
Respuesta: 300 W.
P = 900/3.
Ejercicio 4
¿Se conserva Ec en todo choque?
Comprobar respuesta
Respuesta: No.
Puede transformarse en energía interna, deformación y sonido.
Ejercicio 5
¿Qué falta si Em disminuye 20 J por fricción?
Comprobar respuesta
Respuesta: Contabilizar aproximadamente 20 J de aumento de energía interna u otras transferencias.
La energía total no desaparece.
Errores frecuentes
Error: Confundir energía con fuerza.
Corrección: Describe la energía como una magnitud del sistema y la fuerza como una interacción.
Se miden en unidades distintas: joules y newtons.
Error: Decir que la energía desaparece.
Corrección: Busca transferencias y transformaciones, incluida la energía interna.
La energía total se conserva aunque una forma útil disminuya.
Error: Usar watt y joule como sinónimos.
Corrección: Usa joule para energía y watt para energía por segundo.
1 W = 1 J/s.
Error: Aplicar una fórmula sin definir el sistema.
Corrección: Declara qué objetos y entorno incluye el análisis.
La clasificación de trabajo externo y energía potencial depende del sistema.
Error: Omitir las condiciones del modelo.
Corrección: Indica si se desprecia rozamiento, aire, masa de la cuerda o deformación.
Las fórmulas ideales tienen límites concretos.
Pon a prueba lo aprendido
Pregunta 1 de 10
En un sistema aislado, E total:
Pregunta 2 de 10
Trabajo es:
Pregunta 3 de 10
Calor es transferencia por:
Pregunta 4 de 10
Wneto equivale a:
Pregunta 5 de 10
Si Em baja por fricción, E total:
Pregunta 6 de 10
La unidad de potencia es:
Pregunta 7 de 10
1 W es:
Pregunta 8 de 10
En choque inelástico se conserva necesariamente:
Pregunta 9 de 10
La frontera separa:
Pregunta 10 de 10
Un balance correcto debe:
Resultado del test
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Revisa tus errores
Preguntas frecuentes
Que la energía total contabilizada no se crea ni se destruye; se transfiere y transforma.
No. Trabajo es una transferencia; las energías cinética, potencial o interna describen estados.
En este contexto, calor es transferencia por diferencia de temperatura; la energía almacenada microscópicamente se denomina energía interna.
No es una cantidad conservada; mide el ritmo de transferencia de energía.
Porque decide qué transferencias son externas y qué cambios ocurren dentro del sistema.
Fuentes y revisión editorial
Cómo citar este artículo
Editorial Ejemplode. (2026, 5 de agosto). Trabajo y leyes de conservación: balance de energía. https://www.ejemplode.com/fisica/trabajo-y-leyes-de-conservacion/
Fuentes consultadas
- OpenStax University Physics Volume 1, 8.3: Conservation of EnergyBalances de energía con fuerzas conservativas y no conservativas.
- OpenStax Physics, 9.2: Mechanical Energy and Conservation of EnergyEnergía mecánica, transformaciones y conservación.
- OpenStax University Physics Volume 1, 7.3: Work-Energy TheoremTrabajo neto y cambio de energía cinética.
- OpenStax University Physics Volume 1, 7.1: WorkProducto escalar de fuerza y desplazamiento; signo del trabajo.
- NIST Guide to the SI, Chapter 4Unidades SI: newton, joule y watt.
Responsable editorial
Editorial Ejemplode
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