Trabajo y energia

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INDICE.

TRABAJO Y ENERGIA. 2

ENERGÍA CINÉTICA. 4

POTENCIA. 5

FUERZAS CONSERVATIVAS Y NOCONSERVATIVAS. 6

ENERGÍA POTENCIAL DE LA FUERZA PESO. 7

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA. 8

BIBLIOGRAFIA 10

TRABAJO Y ENERGIA.

El problemafundamental de la Mecánica es describir como se moverán los cuerpos si se conocen las fuerzas aplicadas sobre él. La forma de hacerlo es aplicando la segunda Ley de Newton, pero si la fuerza no es constante, es decir la aceleración no es constante, no es fácil determinar la velocidad del cuerpo ni tampoco su posición, por lo que no se estaría resolviendo el problema.

Los conceptos de trabajo yenergía se fundamentan en las Leyes de Newton, por lo que no se requiere ningún principio físico nuevo. Con el uso de estas dos magnitudes físicas, se tiene un método alternativo para describir el movimiento, espacialmente útil cuando la fuerza no es constante, ya que en este caso la aceleración no es constante y no se pueden usar las ecuaciones de la dinámica anteriormente estudiadas.

En estecaso se debe usar el proceso matemático de integración para resolver la segunda Ley de Newton. Ejemplos de fuerzas variables son aquellas que varían con la posición, comunes en la naturaleza, como la fuerza gravitacional o las fuerzas elásticas.

TRABAJO.
Si la fuerza F que actúa sobre una partícula es constante (en magnitud y dirección) el movimiento se realiza en línea recta en la direcciónde la fuerza. Si la partícula se desplaza una distancia x por efecto de la fuerza F (figura 5.1), entonces se dice que la fuerza ha realizado trabajo W sobre la partícula de masa m, que en este caso particular se define como:

W = F x

Figura 5.1


Si la fuerza constante no actúa en la dirección del movimiento, el trabajo que se realiza es debido a la componente de la fuerza en ladirección paralela al movimiento, como se ve en la figura 5.2. La componente y de la fuerza, perpendicular al desplazamiento, no realiza trabajo sobre el cuerpo.

Si α es el ángulo medido desde el desplazamiento x hacia la fuerza F, el valor del trabajo W es ahora:
W = (F cosα )x

De acuerdo a la ecuación anterior, se pueden obtener los siguientes conclusiones: a) si α = 0, W = (F cos 0) x = F x, b)si α = 90º, W = (F cos 90) x = 0, la fuerza no tiene componente en la dirección del movimiento o lo que es lo mismo, la fuerza es perpendicular al movimiento y no hace trabajo sobre el cuerpo, c) si la fuerza aplicada sobre el cuerpo no lo mueve, no realiza trabajo ya que el desplazamiento es cero, d) el signo del trabajo depende de la dirección de F respecto al desplazamiento, es positivo(negativo) cuando la componente de F tiene la misma (opuesta) dirección que el desplazamiento. De estas conclusiones se deduce que el trabajo se puede expresar en la forma:


El trabajo es una magnitud física escalar, obtenido del producto escalar de los vectores fuerza y posición. De la expresión anterior, por la definición de producto escalar, queda claro que el trabajo puede ser positivo,negativo o cero. Su unidad de medida en el SI es N m que se llama Joule, símbolo J.

Otras fuerzas actúan sobre el cuerpo (peso, roce, normal, etc.), por lo que la ecuación anterior se refiere sólo al trabajo de la fuerza F en particular; las otras fuerzas también pueden realizar trabajo. En la figura 5.2 las fuerzas peso y normal no realizan trabajo ya que son perpendiculares al desplazamiento y la...
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