TRABAJO Y ENERGÍA:
EL TRABAJO:
El Trabajo es el producto de la fuerza por el desplazamiento que ha realizado esta.
La fórmula del trabajo es la siguiente:
La unidad de medida del trabajo es el Joule que se simboliza con la letra J.
EJEMPLO:
Se aplican dos fuerzas a una caja de 2 Kg sobre una superficie horizontal con una fuerza de
F1 = 5 N y otra fuerza de F2 = 10 N, que produce un desplazamiento de 1,8 m. La superficie tiene un coeficiente de fricción de 0,2.
¿Qué trabajo ha realizado cada una de las fuerzas? ¿Qué trabajo final se ha realizado?
En primer lugar vemos que trabajo ha realizado la primera fuerza aplicada, la de 5 N:
Cómo la fuerza tiene la misma dirección y sentido del movimiento el ángulo será 0.
Ahora buscaremos el trabajo que ha ejercido la segunda fuerza, la de 10 N:
El peso y la fuerza normal no ejercen ningún trabajo ya que no tienen ninguna implicación en el movimiento. Aun así, lo podemos comprobar.
Pero antes tendremos que encontrar el valor del peso y la fuerza normal, teniendo en cuenta que las dos fuerzas son iguales:
Estas dos fuerzas ejercen un ángulo de 90º la fuerza normal y de 270º el Peso con el movimiento, así, comprobamos:
Como el coseno de 90 y el de 270 son igual a 0, estos dos trabajos también son igual a 0.
Finalmente, debemos encontrar el trabajo que ejerce la fuerza de rozamiento. Para ello primero deberemos encontrar la fuerza de rozamiento:
El trabajo de la fuerza de rozamiento tendrá un ángulo de 180º con el movimiento, así aplicamos la fórmula:
Finalmente debemos obtener el trabajo final con un sumatorio de los trabajos obtenidos:
Otra forma de calcularlo, será calculando primero la fuerza total, y luego encontrando el trabajo:
ENERGÍA:
La energía es la capacidad para producir trabajo.
La unidad de la energía, al igual que la del trabajo también es el Joule, que se representa con la letra J.
La conservación de la energía: La energía ni se crea ni se destruye, tan solo se transforma.
Esta idea de conservación de energía es válida siempre que no haya ningún otro elemento que contribuya a que se pierda energía.
TIPOS DE ENERGÍA:
1. Energía cinética: La energía cinética es aquella que se genera cuando existe movimiento.
También debemos saber que:
EJEMPLO:
Calcula la energía cinética de un vehículo de 2000 Kg que circula a 15 m/s2.
Para calcular la energía cinética, aplicamos la fórmula de la energía cinética:
2. Energía potencial gravitatoria: La energía potencial se genera cuando un objeto tiene altura. Entonces:
La fórmula de la Energía potencial gravitatoria es la siguiente:
Pero además debemos saber que:
EJEMPLO:
Calcula La energía potencial gravitatoria de un objeto que se encuentra a 8 metros de altura y que tiene una masa de 25 Kg.
Debemos aplicar la fórmula de la energía potencial gravitatoria:
3. Energía potencial elástica: La energía potencial elástica es la que se genera como consecuencia de la deformación de un objeto. Entonces:
La fórmula de la energía potencial elástica es:
EJEMPLO:
Una masa comprime un muelle con una constante elástica de k = 500 N/m, 0,5 metros. ¿Cuál es su Energía potencial elástica?
4. Energía mecánica: La energía mecánica es la suma de todas las energías que se dan en un objeto.
Si en un punto determinado, el objeto solo tiene un tipo de energía (por ejemplo cinética) la energía mecánica será igual a la energía mecánica.
EJEMPLO DE EJERCICIO DE ENERGÍAS:
Se deja caer un objeto de 2,5 Kg a 5 metros de altura, ¿con qué velocidad llegará al suelo?
Hagamos un gráfico para poder ver las energías que hay en cada parte del ejercicio.
Para encontrar la velocidad del final, en primer lugar debemos encontrar la Energía del primer momento:
En el primer momento toda la energía mecánica es potencial, por tanto:
En el momento dos del ejercicio, vemos que toda la energía es cinética, porque ya no hay altura. Entonces aquí la energía mecánica será toda cinética.
Además sabemos que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma, entonces sabemos que la energía mecánica del momento inicial tiene que ser igual a la final, entonces:
ENERGÍAS CONSERVATIVAS Y NO CONSERVATIVAS:
Las fuerzas son conservativas si el trabajo de ésta es el mismo en un primer momento y en un segundo.
El peso y la fuerza que ejerce un muelle son fuerzas conservativas.
Las fuerzas son no conservativas si el trabajo de éstas es diferente en dos momentos.
Consideramos la fuerza de rozamiento una fuerza no conservativa.
Cuando existe fuerza de rozamiento en un sistema, se cumple la siguiente condición:
EJEMPLO:
Tiramos un objeto de 4 Kg rodando por el suelo a una velocidad de 4 m/s. Antes de pararse recorre 25 metros. Calcula el valor de la fuerza de rozamiento con el suelo.
En un primer momento, el objeto tiene fuerza cinética, así que la calculamos:
Como al final el objeto está parado, al final no hay energía. Por tanto, el incremento de energía será el siguiente:
Ahora encontraremos el valor de la fuerza de rozamiento sabiendo que:
Y también sabiendo que:
Entonces:
El ángulo de la fuerza de rozamiento es contrario al movimiento y por tanto si consideramos que el ángulo del movimiento es 0, el de la fuerza de rozamiento es 180º.
Entonces aplicamos la fórmula para encontrar la fuerza de rozamiento:
POTENCIA
Llamamos potencia a la velocidad en la realización del trabajo o el gasto de energía.
La unidad de la potencia es el Vatio que se representa con la letra W.
EJEMPLO:
¿Qué potencia tiene un motor que realiza un trabajo de 2000 J en 8 segundos?
Para resolver, aplicamos la fórmula de la potencia:
No hay comentarios:
Publicar un comentario