TRABAJO, ENERGÍA Y MÁQUINAS

Trabajo y leyes de conservación: balance de energía

Cuando una bicicleta frena, su movimiento disminuye, pero la energía no desaparece: los frenos, las ruedas y el aire se calientan y producen sonido.

Editorial Ejemplode 7 min Revisado editorialmente
Respuesta rápida

La conservación de la energía establece que la energía total de un sistema aislado permanece constante. El trabajo y el calor son formas de transferir energía a través de la frontera; la energía mecánica puede cambiar al transformarse en energía interna.

    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.

    Frontera de un sistema con energía cinética, potencial e interna y transferencias de trabajo o calor.
    La frontera determina qué se almacena dentro y qué se registra como transferencia.

    Conexiones de la familia

    Para una fuerza concreta, revisa trabajo mecánico. Para balances limitados a movimiento y configuración, usa energía mecánica.

    Fórmula principal

    Balance general de energíaE inicial + E entrada = E final + E salida

    Entrada y salida incluyen trabajo, calor y otras transferencias definidas de forma coherente con la frontera del sistema.

    Magnitudes, símbolos y unidades

    MagnitudSímboloUnidadSímbolo de unidadNota
    Energía totalEjouleJSuma de las formas incluidas.
    TrabajoWjouleJTransferencia por acción mecánica.
    CalorQjouleJTransferencia debida a diferencia de temperatura.
    Potencia mediaPwattWEnergía transferida por tiempo.
    TiempotsegundosIntervalo del proceso.

    Fórmulas derivadas

    Sistema aislado

    Efinal = Einicial

    Procedencia: No cruza energía ni materia por la frontera.

    Cuándo usarla: Aislamiento dentro de la precisión del modelo.

    Trabajo neto

    Wneto = ΔEc

    Procedencia: Teorema trabajo–energía.

    Cuándo usarla: Se incluyen todas las fuerzas sobre la partícula.

    Potencia media

    Pmedia = ΔE/Δt

    Procedencia: Ritmo medio de transferencia.

    Cuándo usarla: Intervalo finito y energía transferida conocida.

    Cómo construir un balance de energía

    1. Dibuja la frontera

      Separa sistema y entorno.

    2. Elige estados

      Define con claridad inicio y final.

    3. Inventaría energías

      Incluye cinética, potencial, interna y las demás relevantes.

    4. Anota transferencias

      Registra trabajo, calor, radiación y flujo de materia.

    5. Aplica signos coherentes

      En esta convención, entrada y salida se escriben como cantidades positivas en lados distintos.

    6. 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.

    1

    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?

    1. Datos: ΔEp = −49 J; sin transferencias externas ni disipación.
    2. Principio: ΔEc + ΔEp = 0.
    3. Sustitución: ΔEc = −ΔEp = 49 J.
    4. Cálculo o razonamiento: El aumento compensa exactamente la disminución.
    5. Resultado: ΔEc = +49 J.
    6. Interpretación: La energía se transforma dentro del sistema; no entra desde fuera.
    2

    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?

    1. Datos: Ec inicial = 0; Wexterno,neto = 80 J.
    2. Principio: Wneto = ΔEc.
    3. Sustitución: 80 = Ec final − 0.
    4. Cálculo o razonamiento: Ec final = 80.
    5. Resultado: Ec final = 80 J.
    6. Interpretación: El trabajo externo transfiere energía al carrito y cambia su movimiento.
    3

    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?

    1. Datos: ΔEc = −500 J; frenos, ruedas y entorno incluidos.
    2. Principio: La energía total se conserva aunque la mecánica se transforme.
    3. Sustitución: La disminución de Ec aparece principalmente como aumento de energía interna.
    4. Cálculo o razonamiento: 500 J mecánicos se redistribuyen en el sistema y el entorno.
    5. Resultado: Se transforman aproximadamente 500 J en energía interna y otras formas.
    6. Interpretación: La conservación exige rastrear todas las formas relevantes, no solo la energía mecánica.
    4

    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?

    1. Datos: ΔEp = 1500 J; Δt = 5 s.
    2. Principio: Pmedia = ΔE/Δt.
    3. Sustitución: P = 1500/5.
    4. Cálculo o razonamiento: 1500 ÷ 5 = 300.
    5. Resultado: Pmedia = 300 W.
    6. Interpretación: La potencia describe qué tan rápido se transfiere energía; no es otra forma de energía.
    5

    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?

    1. Datos: La energía mecánica disminuye; hay aire, sonido y calentamiento.
    2. Principio: Amplía el sistema y contabiliza energía interna y transferencias.
    3. Sustitución: Em perdida = aumento de energía interna + sonido transferido.
    4. Cálculo o razonamiento: La suma total permanece constante dentro de la precisión del modelo.
    5. Resultado: No se viola la conservación de la energía.
    6. Interpretación: Lo que disminuye es la energía mecánica disponible, no la energía total.
    6

    Choque inelástico

    La energía cinética no se conserva en general.

    Problema: Dos carros chocan y quedan unidos. ¿Se conserva necesariamente la energía cinética?

    1. Datos: Sistema de dos carros; choque con deformación y sonido.
    2. Principio: En un sistema aislado se conserva la energía total y el momento; la energía cinética puede cambiar.
    3. Sustitución: Ec inicial = Ec final + energía interna + sonido.
    4. Cálculo o razonamiento: Parte de la energía cinética se transforma durante la deformación.
    5. Resultado: La energía cinética no se conserva en general.
    6. Interpretación: No debe sustituirse “conservación de energía” por “conservación de energía cinética”.
    7

    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?

    1. Datos: E entrada = 600 J; luz visible = 90 J.
    2. Principio: E entrada = E luz + E otras formas.
    3. Sustitución: E otras = 600 − 90.
    4. Cálculo o razonamiento: 600 − 90 = 510.
    5. Resultado: 510 J se transforman principalmente en energía interna y radiación no visible.
    6. Interpretación: El balance incluye toda la salida, no solo el efecto útil que interesa al usuario.
    8

    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?

    1. Datos: E entrada = 2000 J; η = 75 % = 0,75.
    2. Principio: W útil = ηE entrada; E restante = E entrada − W útil.
    3. Sustitución: W útil = 0,75×2000; E restante = 2000−1500.
    4. Cálculo o razonamiento: W útil = 1500 J; E restante = 500 J.
    5. Resultado: Entrega 1500 J útiles y transforma 500 J en energía interna, sonido y otras formas.
    6. Interpretación: La eficiencia reparte la energía de entrada; no mide una pérdida de energía total.
    9

    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?

    1. Datos: ΔEp = −100 J; ΔEc = +70 J.
    2. Principio: La diferencia debe aparecer en otras formas o transferencias.
    3. Sustitución: E otras = 100 − 70.
    4. Cálculo o razonamiento: 100 − 70 = 30.
    5. Resultado: 30 J pasan principalmente a energía interna del aire y de la pelota.
    6. Interpretación: La energía mecánica disminuye, pero el balance total se conserva al incluir el entorno.
    10

    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?

    1. Datos: E = 6 MJ = 6 000 000 J; t = 3 s.
    2. Principio: Pmedia = E/t.
    3. Sustitución: P = 6 000 000/3.
    4. Cálculo o razonamiento: 6 000 000 ÷ 3 = 2 000 000.
    5. Resultado: Pmedia = 2 000 000 W = 2 MW.
    6. 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.

    Test de 10 preguntas

    Pon a prueba lo aprendido

    Aciertos: 0/10

    Pregunta 1 de 10

    En un sistema aislado, E total:

    Preguntas frecuentes

    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/

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    Editorial Ejemplode

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