CURSO 14 15 TEORIA 7 Trabajo Energ A

IES Blas Cabrera Física y Química 1º Bach. Curso 2014-2015

TEMA 7. ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR
1- INTRODUCCIÓN
2- TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA CINÉTICA
3- FUERZAS CONSERVATIVAS. TEOREMA DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
4- FENÓMENOS TÉRMICOS: TEMPERATURA, ENERGÍA TÉRMICA Y CALOR
5- CONEXIÓN ENTRE FENÓMENOS TÉRMICOS Y MECÁNICOS
6- PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA. PRIMER PRINCIPIO DELA TERMODINÁMICA.
7- POTENCIA
8- SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
9- SOBRE LOS PRINCIPIOS DE CONSERVACIÓN. SIMETRÍA
1 - INTRODUCCIÓN
El estudio del movimiento realizado hasta el momento lo hemos basado en el uso combinado de las ecuaciones de la dinámica
y de la cinemática. Pero la búsqueda de nuevas relaciones entre fuerzas y desplazamientos, condujo, en un largo proceso de más
de 200 años,a la introducción de nuevas magnitudes como trabajo y energía, y la formulación de nuevos principios de
conservación.
Así, ya en 1638 Galileo se preguntaba si existía alguna relación entre el desplazamiento experimentado por un cuerpo mientras
sobre él actúa una fuerza y el cambio de velocidad que se produce durante esa acción. Varias décadas después, y a consecuencia
de las conclusionesobtenidas al estudiar las variaciones de velocidad que se generan tras el choque entre dos cuerpos, el físico
holandés Christian Huygens sugirió en 1669 que había “algo” que no variaba después de éste, y que llamó vis viva o “fuerza viva” y
que tenía como valor el producto mv2. Un siglo más tarde el matemático turinés Joseph-Louis Lagrange (1736−1813), empeñado en
expresar en lenguaje matemático losprincipios básicos de la mecánica, logró exponer en 1788 lo que dio en llamar “función de la
fuerza”. Cuando por fin en 1843 Mayer y Joule consiguieron integrar los fenómenos relacionados con el calor en el dominio de la
mecánica, se pudo establecer un principio de conservación que abarcaba a todos los conocimientos de la física, y no sólo a las
transformaciones mecánicas.
El concepto de energía y suconservación ha resultado ser uno de los más potentes y fructíferos de la ciencia. En primer lugar,
proporcionó un vínculo unificador de los procesos mecánicos y térmicos. Además, siguen conservando su validez en la física
moderna y se extienden a otras disciplinas científicas (química, biología, geología, astrofísica). Por último, es un concepto con gran
importancia social (fuentes de energía,crisis energética) y por ello, muy utilizado en medios de comunicación y en el lenguaje
cotidiano.
2 - TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA CINÉTICA

Sea un cuerpo que se mueve siguiendo una trayectoria  (gamma) sometido a una fuerza F . De acuerdo con el 2º principio de
la dinámica, se verificará que:

Ftg  m atg

F ma  
 Fn  m a n
Si el cuerpo se mueve además con movimiento uniformementeacelerado (atg  cte), para dos instantes cualesquiera, tA y tB , y los
puntos correspondientes A y B, se podría escribir:

v B2  v 2A
v2
v2
1
1
 Ftg e  m B  m A  m v 2A  Ftg e  m v B2 (1)
2e
2
2
2
2
Se trata de una nueva relación, que se revelará muy útil, y que sugiere la definición de dos nuevos conceptos: el de energía
cinética y el de trabajo.
Ftg  m a tg  Ftg  m

Energía Cinética
Sedefine la energía cinética de un cuerpo de masa m que se mueve con velocidad v, como:
1
EC  m v 2
2
Trabajo

Se define el trabajo realizado por una fuerza F de componente tangencial constante, que se
desplaza sobre una curva γ entre los puntos A y B una distancia, medida sobre la curva, e, como:


WAFB,  Ftg e  F e cos
donde F es el módulo de la fuerza y α el ángulo formado por la fuerza yla velocidad (tangente a la
trayectoria).
De la definición de trabajo se desprenden tres interesantes consecuencias:
1

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- El trabajo puede ser tanto positivo como negativo, pues aunque F y e son siempre positivos, el coseno varía entre −1 y +1.
- El trabajo será cero cuando la fuerza sea perpendicular a la trayectoria (a la tangente)....