Fisica Trabajo Potencia y Energia

5. TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA

Logro: Relacionar los conceptos de trabajo, potencia y energía aplicando el principio de conservación de la energía, como axioma de la física que permite articular y entender muchos de los principios físicos estudiados.

Cotidianamente decimos que realizamos trabajo cuando hacemos alguna actividad que requiere algo de esfuerzo físico e intelectual, como montaren bicicleta o leer.
En física, se dice que se realiza un trabajo cuando se transfiere energía a un cuerpo y éste cambia su estado de movimiento.

5.1. Trabajo y Potencia

Indicador. Resuelve problemas aplicando los conceptos de trabajo y potencia.

* Trabajo: Es la medida del cambio de energía de un cuerpo. Cuando un sistema transfiere energía a otro y como consecuencia de dichatransferencia, en el segundo sistema se produce desplazamiento, se dice que se ha realizado un trabajo.
Lo anterior sugiere dos aspectos importantes:
1. Para realizar trabajo es necesario aplicar una fuerza, la cual produce un desplazamiento.
2. El trabajo realizado por una fuerza es proporcional al módulo de dicha fuerza y a la distancia que se desplaza.
El trabajo que desarrolla unafuerza constante F, que forma con el desplazamiento ∆x un ángulo θ, está dada por:

T=W=F.∆xcosθ

* Unidades:
M.K.S: N.m = Joule = 1 J
C.G.S: D.cm = Ergio = 1 E
F.P.S: pd.ft
En las unidades técnicas gravitacionales el trabajo está dado por
MKS: Kilográmetro (Kgm)
CGS: Gramos fuerza x centímetro (grf.cm)
FPS: Libra fuerzax centímetro (lbf.cm)

El trabajo es una magnitud escalar, aunque sea el producto de dos magnitudes vectoriales.
Si una fuerza se aplica a un cuerpo y éste no sufre ningún desplazamiento, el trabajo es nulo.
El trabajo realizado por una fuerza depende del ángulo que forma con la dirección del desplazamiento de cuerpo. Podemos considerar las siguientes situaciones:
1) La fuerza F actúa enel mismo sentido del desplazamiento (θ=0°). Habrá trabajo (+), si θ etá comprendido entre 0° y 90° , F tiende a aumentar el valor de V.
2) La fuerza F es perpendicular al desplazamiento (θ=90°). El trabajo es nulo.
3) La fuerza F actúa en sentido contrario al desplazamiento (θ=180°). Habrá trabajo negativo, si θ etá comprendido entre 90° y 180° , F tiende a disminuir el valor de la velocidadV .

En una gráfica de la fuerza en función del desplazamiento, el área comprendida entre la gráfica y el eje horizontal X representa el trabajo.

El trabajo es igual a la suma de las áreas de los pequeños rectángulos.

Trabajo realizado por un resorte
A=∆x .Fe2A=∆x.K∆x2

A=T=(K∆x)22

Trabajo realizado por varias fuerzas:
El trabajo total T, realizado por la resultante de varias fuerzas F1, F2, F3, etc., es igual a la suma algebraica de los trabajos T1, T2, T3, etc., efectuados por cada una de las fuerzas, o sea T = T1 + T2 + T3 +… , o también es igual a la fuerzaneta por el desplazamiento.

Equivalencia entre las unidades de trabajo:

1 J=107E1 J=23,68 Pd.ft1 J=19,8Kgm | 1E=10-7J1E=1421.386Pd.ft1E=198 ×106Kgm | 1Kgm=9,8 J1Kgm=98×106E1Kgm=Pd.ft |

1Pd.ft=123,68 J 1Pd.ft=421.386E 1Pd.ft=Kgm

Potencia: Indica la rapidez con la cual se realiza un trabajo.
Cuando una máquina levanta unbloque de ladrillos de 200 Kg hasta una altura de 10 metros en 20 segundos y otra que levanta la misma carga, a la misma altura, pero en 10 segundos, ambas realizan el mismo trabajo, sin embargo, la segunda es más potente que la primera.
Si una fuerza realiza un trabajo ∆T durante un intervalo de tiempo ∆t, la potencia P de esa fuerza está dada por:

P=wt P=∆T∆t...