Trabajo Y Energia

GUÍA TRABAJO Y ENERGÍA

Introducción

Concepto de Trabajo

Se entiende por trabajo la cantidad de fuerza aplicada multiplicada por una distancia que es la que recorre dicha fuerza, esta fuerza puede ser aplicada en un punto imaginario o en un cuerpo para que realice un movimiento, para esto hay que tener en cuenta la dirección hacia donde se aplica la fuerza ya que no necesariamente debe coincidir con la dirección del movimiento, cuando no coincide se debe tener en cuenta el ángulo que separa las dos direcciones: T = F. d. Cosα por tanto el trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que existe entre estos dos.

Las unidades de trabajo son los Joule (J) que equivale a Newton (N) multiplicado por metro (m).

• Si la fuerza y el desplazamiento tienen el mismo sentido, el trabajo es positivo

• Si la fuerza y el desplazamiento tienen sentidos contrarios, el trabajo es negativo

• Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es nulo

(Londoño, 2003)

Ejemplo

¿Cuál es el trabajo que ejerce un cuerpo después de haber recorrido una distancia de 18m y de haber ejercido una fuerza de 65N?

Por definición sabemos que el trabajo es igual a la fuerza multiplicada por la distancia, por ende

W = F • d

W = 65N • 18m

W = 1170 J

El trabajo que ejerce el cuerpo es de 1170 Joul

Concepto de Energía

Empecemos por definir la energía cinética como ½ mv² esta energía se obtiene del movimiento, adicionalmente siempre es positiva porque la rapidez está al cuadrado. De esta manera podemos saber que el trabajo realizado por la fuerza resultante es igual al cambio de la energía cinética y puede ser enunciado como el teorema del trabajo y la energía. Si la rapidez es constante no habrá cambio en la energía cinética y el trabajo de la fuerza neta es cero, las unidades que maneja son Joule (J).

(Inzunza, 2002)

Ahora definamos la energía potencial de está hay dos la gravitacional que esta enunciada por U = mgy que es la multiplicación de la masa por la gravedad por la altura desde donde se realiza la caída del objeto, cuando y=0 la energía potencial también se hace cero esta condición esta determinado por un plano de referencia horizontal este puede elegirse en cualquier parte del plano y desde hay medir una altura h.

La energía potencial elástica es una fuerza conservativa que se enuncia como

U= ½ kx² definiéndolo como ½ de la constante del resorte que esta dada en Newton por metro y la deformación del resorte elevada al cuadrado de forma tal que cuando U es igual a cero podemos deducir que el resorte esta en su longitud natural ósea que no tiene ningún tipo de deformación, ni por alargamiento ni por compresión.

La suma de estas dos energías (Cinética y Potencial) produce energía mecánica ó el cambio de la energía total del sistema es decir Em=Ec+Ep y a esto se le conoce como el teorema del trabajo y la energía para cualquier sistema que conserve energía mecánica.

(Londoño, 2003)

Ejemplo

Halle la fuerza aplicada a una esfera de 3kg después de haber recorrido una distancia de 0.5m a la cual se le impulso con una velocidad inicial de 3.5m/s y su velocidad final es 0, ya que termina quedando en total reposo.

W= ½ m vf² - ½ m vi²

W = ½ (3)(0)² - ½ (3)(3.5)²

W = 0 – ½ (36.75)

W = - 18.3N

W = F • d

W / d = F

F = (-18.3) / (0.5)

F = -36.6N•m

La fuerza que se le aplica al cuerpo es -36.6N•m con esto podemos deducir que la fuerza tiene dirección contrario al desplazamiento

Fuerzas no conservativas

Se determina fuerza no conservativa a la que ejerce un trabajo sobre una partícula que se mueve libremente en el espacio y este es diferente de 0, es decir que la partícula durante su movimiento esta disipando energía ya sea cinética ó potencial dependiendo de que clase de movimiento y en que ambiente se encuentre, E ≠ 0

(Inzunza, 2002)

Potencia

La potencia desarrollada por una fuerza aplicada a un cuerpo es el trabajo realizado por ésta durante el tiempo de aplicación. La potencia tiene unidades de watt (W). La potencia se aplica a cualquier proceso de transferencia energética. Así por ejemplo también podríamos hablar de la potencia que ejerce una grúa al elevar una carga, como el trabajo que desarrolla el montacargas por unidad de tiempo.

(Londoño, 2003)

PREGUNTAS TIPO I

Preguntas Conceptuales

1) La trayectoria que realiza una partícula entre dos situaciones particulares A y B, puede ser definida como:

A) Trabajo realizado por una fuerza externa

B) Trabajo realizado por una fuerza normal

C) Trabajo realizado por una fuerza de rozamiento

D) Trabajo realizado por la fuerza del peso

2) El trabajo realizado por las fuerzas no conservativas es:

A) Igual al cambio de la energía cinética total del sistema y debe ser igual a cero.

B) Igual al cambio de la energía potencial total del sistema y debe ser diferente de cero.

C) Igual al cambio de la energía mecánica total del sistema y debe ser diferente de cero.

D) Igual

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