Energia

C U R S O: FÍSICA MENCIÓN
MATERIAL: FM-13
ENERGÍA I
La energía desempeña un papel muy importante en el mundo actual, por lo cual se justifica
que la conozcamos mejor. En física la energía se define como la propiedad de un objeto o
de un sistema en virtud de la cual puede realizar trabajo, se mide en Joule (J).
El trabajo es una magnitud escalar, a pesar de ser el producto de dos vectores,la fuerza y
el desplazamiento:
W=F

d

La expresión anterior también se puede expresar como:
W = F 

d cos α


Donde F y d son los módulos de la fuerza y el desplazamiento, y α es el ángulo que
forman F y d.
F

m

α

m

d
fig. 1
La unidad de medida del trabajo en el SI es el Joule. De la simple observación de esta
definición, se puede apreciar que el trabajo escero si se cumple alguno de los siguientes
puntos:
I)
II)
III)

La fuerza es nula
El desplazamiento es nulo
La fuerza y el desplazamiento son perpendiculares entre sí.

Nota: Sobre el tercer punto recuerda que cos 90º = 0, de ahí que el trabajo es cero.
Así también, como cos 180º = -1, es decir, si la fuerza y el desplazamiento son
opuestos (α = 180º), entonces el trabajo es negativo.Finalmente se realiza un trabajo positivo sobre un cuerpo, cuando la fuerza tiene el mismo
sentido que el desplazamiento (0º < α < 90º)

Trabajo neto: En el caso que se ejerza más de una fuerza constante, al mismo tiempo
sobre un cuerpo, en la ecuación W = F d cos α, F representa el módulo de la fuerza
neta o resultante y así podemos obtener el trabajo neto. En el ejemplo mostrado en lafigura 2, la fuerza neta es F = F1 + F2 + F3 + F4

F1
F3
F2

F4
fig. 2

A continuación se muestran dos gráficos de fuerza versus desplazamiento (sus módulos).
En ambos casos el área achurada representa el trabajo realizado por la fuerza.

F(N)

F(N)

d(m)

Gráfico para una fuerza constante

d(m)

Gráfico para una fuerza variable

2

Trabajo realizado al subir o bajar uncuerpo: al levantar o bajar un cuerpo con
velocidad constante aplicando una fuerza F0 tal como lo muestra la figura 3, se puede
observar que sobre el cuerpo, además actúa la fuerza peso (P).
F0

P
h
fig. 3
Al subir el cuerpo, el trabajo hecho por F0 es positivo y es igual a mgh, el que realiza P es
negativo y es igual a -mgh. Cuando el cuerpo baja, F0 hace un trabajo -mgh y P realiza untrabajo mgh.
Nota: Cuando se pregunta por el trabajo necesario para levantar o bajar un cuerpo, es el
trabajo mínimo, es decir, para que el objeto se mueva con velocidad constante.

Potencia Mecánica
Para ilustrar el significado de potencia pondremos como ejemplo, un objeto que es
arrastrado por una fuerza F0 (ver figura 4) horizontalmente, a lo largo de 12 metros por un
camino rugoso ycon una velocidad constante de 10 m/s. Si se repite el experimento bajo las
mismas condiciones, pero el objeto ahora viaja a 20 m/s, entonces se puede afirmar que, en
ambos casos el trabajo hecho por la fuerza F0 es el mismo, pero la potencia desarrollada en
el segundo fue mayor, ya que el tiempo empleado fue menor.
desplazamiento

F0
12 m
fig. 4

La potencia es una magnitud escalar quemide la rapidez con que se realiza un trabajo.
Corresponde a la razón entre el trabajo realizado y el tiempo que toma en realizarlo. La
unidad de potencia en el SI es el Watt.
W
Joule
[Watt]
1 Watt = 1
t
segundo
La potencia también se puede expresar como P = F v
La unidad de potencia también se expresa en Kilowatt (KW) o caballo de fuerza (HP)
P=

1 KW = 1000 W

1 HP = 746 W

3EJEMPLOS

1.

Cuando un péndulo oscila hacia delante y hacia atrás, las fuerzas que actúan sobre la
masa suspendida son la fuerza gravitacional, la tensión de la cuerda de soporte y la
resistencia del aire. ¿Cuáles de estas fuerzas realizan trabajo sobre el péndulo?

A)
B)
C)
D)
E)

2.

La
La
La
La
La

tensión.
fuerza gravitacional.
resistencia del aire.
tensión y la...