Física General

TRABAJO COLABORATIVO 2








INTRODUCCIÓN

En todas las actividades diarias hay algo en común: LA ENERGÍA. La energía se puede manifestar de muy diversas formas: Energía térmica, eléctrica, muscular, potencial, química, cinética, eléctrica, nuclear, etc.

La importancia de la energía es evidente, por ello la humanidad ha ido ingeniando inventos a lo largo de la historia para suutilización de forma eficiente.

El ser humano, desde sus primeros pasos en la Tierra y a través de la historia, siempre ha buscado formas de utilizar la energía para obtener una mejor calidad de vida.

Para ello ha hecho uso de diversas formas de energía: fuego (energía química), velas y molinos (energía del viento o eólica), ruedas hidráulicas (energía del agua o hidráulica), carbón (energíaquímica), petróleo (energía química), nuclear (energía nuclear), etc.

OBJETIVOS

* Relacionar trabajo y energía.
* Conocer los tipos de energías que existen.
* Explicar en qué consiste la energía mecánica y reconocer los aspectos en que se presenta.
* Conocer algunas transformaciones de energía que se producen a nuestro alrededor.

1. Una locomotora de 60 toneladas de masatiene una velocidad de 30 m/s, aplica los frenos y recorre una distancia de 2 km antes de detenerse.

a) ¿Cuál es el trabajo ejercido por los frenos?
b) ¿Cuál es la fuerza ejercida por los frenos?

Solución:

Datos:

m = 60.000 kg
d = 2 km = 2000 m
v0 = 30 m/s
v1 = 0 m/s
a- La pérdida de energía cinética durante el frenado se traduce en el trabajo de la fuerza de frenado. En otraspalabras, el trabajo de frenado debe ser igual al cambio total de energía cinética, que en este caso llega a 0.

Energía Cinética:

Inicial: EC0 = ½.m.v0² = 0,5 x 60.000 x (30)² = 0,5 x 60.000 x 1.600 = 27.000.000 J

Final: EC1 = ½.m.v1 ² = 0,5 x 60.000 x (0)² = 0
ΔEC = 0 J -27.000.000 J = -27.000.000 J

Trabajo:

W = Fd

Luego, el trabajo realizado por los frenos será igual a lavariación de energía cinética:
W = ΔEC = -27.000.000 J

b- La fuerza aplicada por los frenos se obtiene del trabajo realizado por éstos:

W = Fd
W = ΔEC = -27.000.000 J

Igualamos:
Fd = -27.000.000 J
F x 2000 m = -27.000.000 J



F= -13.500 N (esta fuerza va en sentido contrario al desplazamiento)

Problema 2

Determinar la potencia de una máquina que eleva 30 ladrillos de 450g cada uno a una altura de 20 m desde el suelo en minuto y medio. Se considera que no hay cambio de velocidad al levantar los ladrillos.

Solución:

DATOS:
m= 450 g = 0.45 kg
d= 20 mt
t= ½ m = 90 s
g= 10 m/s2
Primero calculamos la masa total:
mT = 0.45*30 = 13.5
F = m . g

F = 13.5 kg . (10 m/s2)
F = 135 N
P = w
t

w = f . d
P = f . d
t



P= 2.700 J
90 s

P = 30 J/s

P = 30 W

3- Un cuerpo se desplaza 1O m cuando sobre él actúa una fuerza de 50 N. Calcular el trabajo realizado en los siguientes casos:
a- Fuerza y desplazamiento tienen la misma dirección y sentido.
b- Fuerza y desplazamiento tienen la misma dirección y sentido contrario.
c- Fuerza y desplazamiento son perpendiculares.

DATOS:
s=10mF=50 N
W=?
a. Notar que en este caso el ángulo es de cero grados, con lo que de la Fórmula del Trabajo realizado por una fuerza constante sobre un objeto que sigue una trayectoria rectilínea:
W = F •s •cos α
W = (50)• (10)• cos α
W = (50) • (10) • (1)
W = 500 J

b. Notar que en este caso el ángulo es de 180 grados, con lo que la Formula del Trabajo:
W = F •s •cos α
W = (50)• (10)•cos 180°
W = (50) • (10) • (-1)
W = - 500 J
c. Nota que en este caso el ángulo es de 90 grados, con lo que la Formula del trabajo, nos dará que el trabajo es nulo, como ocurre siempre que el desplazamiento y la fuerza son perpendiculares.
W = F •s •cos α
W = (50) • (10) • cos 90°
W = (50) • (10) • (0)
W = 0 J

4- Una bomba de 1400 W de potencia extrae agua de un pozo de 25 m de...