Trabajo y energia

Energía y Trabajo

Tabla de contenido

Energía y Trabajo 1

Tabla de contenido 2

Introducción 3

¡Cuánta energía, cuánto trabajo! 4

¡Qué trabajo! 6

El trabajo de fuerzas constantes y variables 8

Más o menos potente 11

La energía cinética y el trabajo andan juntos 13

Energía potencial 16

Energía potencial y trabajo 17

Unas fuerzas son conservativas y otras son disipativas 21

Las se transforman 22

La conservación de la energía 27

Trabajo y energía para el desarrollo de lo necesario 30

Introducción

Energía y Trabajo

Trabajo en la vida cotidiana, es hacer un esfuerzo, cumplir con tareas (empleo, escuela, liceo, universidad, etc…) y deberes del hogar, pero en la materia de física, la definición de trabajo implica aplicar una fuerza sobre un cuerpo y desplazarlo.

En cuanto la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo, pero cómo la consiguen los seres vivos, los seres vivos la obtienen de los alimentos, por ejemplo el ser humano la sacan de los alimentos que consumen a diario(si esa arepa en el desayuno), la cual no se queda en esa presentación sino que se convierte en energía, misma que permite a los seres vivos poder realizar diferente trabajo, donde se puede manifestar diferentes tipos de energía existen la cuales se explican en el desarrollo del informe. Como son las siguientes:

1. Energía Cinética.

2. Energía Potencial.

3. Energía Elástica.

En este mismo orden de idea en el informe se presentan los conceptos de energía gravitacional, la conservación de la energía, sistema aislado y como aplicamos el Trabajo y energía para el desarrollo de lo necesario, de forma sencilla, concisa y precisa que permita al lector su rápida compresión.

¡Cuánta energía, cuánto trabajo!

En la vida diaria haces uso de las palabras energía y trabajo. Seguro, que has escuchas las expresiones: ¡ahorra energía, no la malgastes!, ¡Se necesita mucha energía para ese trabajo! Una persona puede realizar trabajo gracias a la energía que le proporciona los alimentos. ¿Qué es energía? ¿Qué es trabajo? La energía no es ni sustancia ni materia, en realidad es un concepto, una abstracción, y en el lenguaje de la ciencia más que decir qué es, nos interesa saber acerca de la energía y la relación íntima que guarda con procesos como el trabajo y el calor.

La energía se manifiesta de muchas maneras, por ello le damos distintos nombres: energía solar que captamos mediante paneles solares, energía hidráulica al caer el agua, energía eólica de la fuerza del viento, energía eléctrica del movimiento de cargas eléctricas, energía química almacenada en combustibles y alimentos, energía nuclear liberada por la fusión o fisión de núcleos en reactores atómicos, Todas estas denominaciones pueden describirse mediante dos formas de energía: cinética, relacionada al movimiento, y potencial, relativa a la posición de los cuerpos.

• La energía se transforma constantemente, por Ej, A partir de un generador lo que se logra es convertir la energía mecánica en eléctrica.

• La energía se transfiere, por ejemplo al poner en contacto un cuerpo caliente con otro frío. El primero se enfría y el segundo se calienta.

¡Qué trabajo!

La energía tiene un rol importante en el desarrollo del mundo actual debido a que ésta es la que permite realizar un trabajo. En el contexto de la vida diaria habrás oído expresiones como: ¡arreglar la pared le dio mucho trabajo! Ésta sólo describen acciones o actividades humanas, no tienen significado, al menos desde la ciencia.

En particular en física, cuando nos referimos a trabajo, primero establecemos los objetos involucrados en la situación, así delimitamos un sistema e identificamos las fuerzas externas que actúan sobre los objetos del mismo. De forma que el trabajo depende de dos magnitudes físicas:

1. La fuerza externa aplicada sobre el objeto.

2. El desplazamiento que el objeto realiza.

El trabajo efectuado por una fuerza F se define como el producto de la componente de la fuerza, paralela al desplazamiento ( Fcosθ) y la magnitud del desplazamiento d:

W= ( Fcosθ) d

Como debes recordar de matemática, esta relación equivale al producto escalar de dos

Vectores:

W=F.D= (Fcosθ) d

El resultado de esta operación matemática es una magnitud escalar.

En la expresión de trabajo, tanto F como d tienen valores positivos.

El ángulo θ entre la fuerza y el desplazamiento puede variar entre 0º y 180º, por lo tanto, la función cosθ varía entre 1 y -1, respectivamente. De acuerdo con estos valores podemos distinguir tres situaciones:

En el caso de un trabajo positivo, el cuerpo gana energía. Mientras que cuando el trabajo es negativo, la energía del cuerpo disminuye.

Hay situaciones en las que se aplica una fuerza sobre un cuerpo, y el objeto no se mueve, Esto significa que el trabajo será nulo. Un ejemplo es el caso de una atleta que sostiene una pesa inmóvil en lo alto o cuando tratamos de empujar un mueble y no logramos moverlo.

El trabajo de fuerzas constantes y variables

En situaciones como la del ejemplo anterior, las fuerzas aplicadas son constantes durante el desplazamiento, Esto ocurre en el caso de la caída de un objeto cercano a la superficie de la Tierra bajo la acción de la fuerza de gravedad. Si representamos en un gráfico la componente de la fuerza aplicada en la dirección del movimiento, Fx, en función de la distancia recorrida, tenemos una recta paralela al eje horizontal que delimita bajo ella un paralelogramo.

Al calcular el área del paralelogramo, encontramos que la altura es la componente, Fx, de la fuerza aplicada y la base es la distancia recorrida d. Por lo tanto, esta área representa el trabajo realizado por la fuerza F al desplazarse la distancia d.

También hay casos en que las fuerzas varían durante el desplazamiento del cuerpo. El más sencillo es cuando se aplica una fuerza para estirar o comprimir un resorte. Esta fuerza de elasticidad ejercida por el resorte sobre el agente externo, es proporcional a la deformación del resorte, para cierto rango de deformaciones que se conoce como Ley de Hooke, F=–K).

Recuerda que el signo negativo indica que la fuerza elástica del resorte sobre el objeto que lo estira o comprime es en dirección opuesta al desplazamiento.

Consideremos un estudio experimental en el que a un resorte colgado se le van suspendiendo gradualmente pesas. El gráfico de la fuerza aplicada sobre el resorte en función del alargamiento x, Los datos tiene un porcentaje de error, sin embargo, podemos apreciar que en este rango de deformaciones la fuerza aplicada y el estiramiento son proporcionales.

Para x = 0, la fuerza es cero y para x = d, la fuerza es x, de modo que su valor promedio Es . El trabajo realizado por F en estirar el resorte en una distancia d es:

Observa que el trabajo está representado por el área de la región bajo la recta, la cual es un triángulo rectángulo. La base del triángulo es el máximo estiramiento d = 0,073 m, y la altura es la fuerza elástica que fue aplicada 410 N, F = kx. El trabajo es:

En general, el trabajo realizado por una fuerza, sea constante o variable, se puede calcular mediante el área bajo la “curva” que representa el efecto de la fuerza aplicada y el desplazamiento.

Más o menos potente

En la vida y en los centros de producción nos interesa más saber que tan aprisa realiza un trabajo que su valor en sí mismo. Cuando adquirimos un auto, un taladro eléctrico, un montacargas, y otros equipos, preguntamos por la rapidez con la cual realiza su tarea, su trabajo.

Esta rapidez con la cual se realiza un trabajo se denomina potencia. La potencia es una magnitud escalar y se expresa como el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo invertido en ello.

Recuerda que la unidad de potencia en el S.I es el watt (W). Se desarrolla una potencia de 1w cuando se realiza un trabajo de 1J en cada segundo: 1 w = 1J/s.

Ya vimos que trabajo es una medida de la transferencia de la energía, por lo tanto la potencia también puede expresar que aprisa transfiere la energía. El concepto de potencia resulta familiar, por ejemplo, los bombillos son adquiridos según su potencia: 40 w, 100 w, Cuando un bombillo es de 60 w estamos diciendo que 60j de energía eléctrica se transforman cada segundo en energía luminosa y térmica.

A veces conviene expresar la potencia en términos de la fuerza neta aplicada a un objeto y de su v. Si el trabajo es hecho por una fuerza constante, la potencia en términos de la fuerza F y la velocidad v es:

En donde se considera que la fuerza está en la dirección del desplazamiento.

Cuando te montas en una bicicleta, habrás sabrás lo fácil que es pedalear muy rápido, aplicando a la rueda trasera una fuerza de tracción pequeña si vas cómodamente por una carretera plana, pero cuando tienes que subir una cuesta, para utilizar tu potencia debes aplicar una fuerza muy grande, sacrificando tu velocidad.

La energía cinética y el trabajo andan juntos

Veamos cuáles serían los efectos cinemáticos de una fuerza horizontal constante F que

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