Fisica

C U R S O: FÍSICA MENCIÓN MATERIAL: FM-11 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 como lomuestra la siguiente definición: 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 α

m

m

fig. 1

d

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 es cero si se cumplealguno 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 untrabajo 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 la figura 2, la fuerza neta esF = F1 + F2 + F3 + F4

F1 F3 F4 fig. 2 F2

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)

d(m)

Gráfico para una fuerza constante

Gráfico para una fuerza variable

2

Trabajo realizado al subir o bajar un cuerpo: al levantar o bajar un cuerpocon 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 un trabajo mgh. Nota: Cuando se pregunta porel 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 y con una velocidad constante de 10 m/s. Si serepite 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. F0 12 m fig. 4 La potencia es una magnitud escalar que mide la rapidez con que se realiza un trabajo. Corresponde a la razón entreel trabajo realizado y el tiempo que toma en realizarlo. La unidad de potencia en el SI es el Watt.
P= W t

desplazamiento

[Watt]

1 Watt = 1

Joule segundo

La potencia también se expresa en Kilowatt (KW) o caballo de fuerza (HP) 1 KW = 1000 W 1 HP = 746 W

3

Ejemplos 1. El trabajo realizado por la fuerza peso sobre un cuerpo, es siempre igual a cero si éste se mueve A) B) C) D)E) verticalmente hacia arriba. horizontalmente. verticalmente hacia abajo. descendiendo por un plano inclinado. verticalmente hacia arriba o hacia abajo.

2.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera, con respecto a un cuerpo que sube por un plano inclinado rugoso con velocidad constante? A) B) C) D) E) El trabajo realizado por el peso del cuerpo es positivo. El trabajo hecho por...