inercia y trabajo

TRABAJO Y ENERGÍA MECÁNICA
FÍSICA I

ENERGÍA CINÉTICA:
La energía cinética es una expresión del hecho de que un objeto en movimiento, puede realizar un
trabajo sobre cualquier cosa que golpee, depende de la masa (m) y de la velocidad (v) del cuerpo.
Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento; es decir, para ponerlo en
movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuantomayor sea el tiempo que esté actuando dicha
fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.

EK = mv2/2
ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
Un objeto puede almacenar energía en virtud de su posición. La energía que se almacena en espera
de ser utilizada se llama energía potencial (EP), porque en ese estado tiene el potencial para realizartrabajo, es decir, todo cuerpo de masa (m)que se ubica a cierta altura (h) del suelo posee energía
potencial gravitatoria, ya que es capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso.

EPG = mgh
ENERGÍA MECÁNICA:
La energía mecánica de un objeto está asociada a su velocidad y su posición. Resulta imposible
observar la energía mecánica de un objeto. Sin embargo, podemos estudiar laenergía mecánica
cuando se transforma de una forma a otra o cuando se transfiere de un lugar a otro. A esta
transformación o transferencia de energía la llamamos trabajo, es decir, la forma de energía
asociada a los cambios en el estado mecánico de un cuerpo o de una partícula material recibe el
nombre de energía mecánica.

EM = EK + EP

Teorema del Trabajo y Energía

El trabajo, por susunidades, es una forma de transferencia o cambio en la energía:
cambia la posición de una partícula (la partícula se mueve).
Éste cambio en la energía se mide a partir de todos los efectos que la
partícula sufre, para el trabajo, los efectos son todas las fuerzas que se
aplican sobre ella (trabajo neto o trabajo total Wt).
El teorema del trabajo y la energía relaciona éstos dos conceptos:El trabajo efectuado por la fuerza neta sobre una partícula es igual al cambio de
energía cinética de la partícula *:
WFR = ∆EK = EK2 – EK1
Éste teorema facilita muchos cálculos de problemas que involucran éstas
propiedades.

PROBLEMA: En la figura se muestra
cómo varía con la posición una fuerza
que actúa sobre una partícula.
Calcule el trabajo de la fuerza cuando
la partícula se muevedesde x = 0 m
hasta x =6 m.

RESOLUCIÓN:
El trabajo hecho por la fuerza es igual al área bajo la curva desde x = 0 hasta
x = 6 m. Esta área es igual al área de la sección rectangular de x = 0 a x = 4 m
más el área de la sección triangular de x = 4 m a x = 6 m.
El área del rectángulo es (4) (5) N. m = 20 J y
el área del triángulo es (2)(5)/2 N. m = 5 J.
Por consiguiente el trabajo totalrealizado es de 25 J.

PROBLEMA: Una bala de 20 g choca contra
un banco de fango, como se muestra en la
figura, y penetra una distancia de 6 cm antes
de detenerse. Calcule la fuerza de frenado F,
si la velocidad de entrada fue de 80 m/s.

RESOLUCIÓN:
Se tienen como datos la rapidez inicial y la rapidez final, además de la masa de la bala como la cantidad
desplazada mientras se le aplicala fuerza. Por el teorema del trabajo y la energía se puede encontrar el
valor de esa fuerza:

∆EK =EK2 –EK1
La rapidez v(2) es el estado final (0 m/s), y la rapidez v(1) es el estado inicial antes de entrar al banco
de fango (80 m/s). La masa de la bala es 20 g = 0.02 Kg. Entonces:

Esto es igual al trabajo neto efectuado por todas las fuerzas. En éste caso, la única fuerza que actúa esla que detiene a la bala (la fricción del fluido viscoso):

W = F*d = ∆K = - 64 J
Con d = 6 cm = 0.06 m:
F = - 64 J / 0.06 m = - 1066.67 N

Note que el signo negativo indica que la fuerza tiene sentido opuesto al desplazamiento (como en la
definición de trabajo).

P

PROBLEMA: La figura muestra un
péndulo compuesto por una esfera de
masa m unida a una cuerda ligera de
longitud L La...