Trabajo y energia

INTRODUCCION

El problema fundamental 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 y energía 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 estas condiciones la aceleración no es constante y no se pueden usar las ecuaciones de la cinemáticaanteriormente estudiadas. En este caso 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.

FUNDAMENTO TEÓRICO
TRABAJO
Cuando se quiere arrastrar un bloque como el de la figura, se debe ir incrementando unafuerza hasta lograr hacerlo mover. Este esfuerzo es el que se conoce en Física como trabajo. No se realiza trabajo en un cuerpo si no hay cambio de energía pues esta se define como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Entonces:




Para que se realice trabajo, es necesario que se cumplan tres condiciones:
1. Debe haber una fuerza aplicada
2. La fuerza debe actuar alo largo de cierta distancia, llamada desplazamiento
3. La fuerza debe tener una componente a lo largo del desplazamiento

Si se cumplen estas tres condiciones, entonces se puede definir el trabajo como sigue

TRABAJO (W)
es una cantidad escalar igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y de la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento.



• En elsistema internacional de unidades (SI), la unidad de trabajo es el newton x metro (N . m), que recibe el nombre de Joule (J)
• En el sistema C.G.S. la unidad de trabajo es el Ergio (Dina x cm)
• En el sistema Ingles, la unidad de trabajo es la libra-pie
• En el sistema técnico gravitatorio métrico, la unidad de trabajo es el kilográmetro.
Nota:

Un objeto en movimiento tiene la capacidad deefectuar trabajo, y por lo tanto se dice que tiene energía.
DEMOSTRACIÓN

Consideremos una partícula P sobre la que actúa una fuerza F, función de la posición de la partícula en el espacio, esto es F = F(r), y sea dr un desplazamiento elemental (infinitesimal) experimentado por la partícula durante un intervalo de tiempo dt. Llamamos trabajo elemental, dW, de la fuerza F durante el desplazamientoelemental dr al producto escalar de F por dr; esto es,

Si representamos por ds la longitud de arco (medido sobre la trayectoria de la partícula) en el desplazamiento elemental, esto es ds = |dr| , entonces el versor tangente a la trayectoria viene dado por et = dr/ds y podemos escribir la expresión anterior en la forma


Donde θ representa el ángulo determinado por los vectores F y et yFs es la componente de la fuerza F en la dirección del desplazamiento elemental dr.
El trabajo realizado por la fuerza F durante un desplazamiento elemental de la partícula sobre la que está aplicada es una magnitud escalar, que podrá ser positiva, nula o negativa, según que el ángulo θ sea agudo, recto u obtuso.

ENERGÍA

1. DEFINICIÓN

En la Física el concepto suele introducirse diciendoque “la energía representa la capacidad de realizar trabajo”. Así, diremos que un cuerpo posee energía cuando es capaz de realizar trabajo.

2. TIPOS

i. ENERGÍA CINETICA

Es la magnitud física escalar que sirve para expresar la medida cuantitativa del movimiento mecánico de los cuerpos o partículas en virtud a su velocidad respecto de un sistema de referencia, entonces la energía...