Energia Y Trabajo, Ulrich Folkmann

Energía y Trabajo
Trabajo
En la Física la palabra trabajo se le da un significado muy especifico: El trabajo efectuado por una fuerza, F, es el producto de la magnitud del desplazamiento por la componente de la fuerza paralelo al desplazamiento.

θ

F

F x =FCos(θ)

Δ⃗ x

⃗ W =∣F ∣∣Δ ⃗∣cos(θ) x
Fis109c 2012:Dinámica

Trabajo
La unidades del trabajo son Nm. ●1 nm se llama 1 Joule.●

Es posible aplicar una fuerza o mover un objeto sin efectuar trabajo:
● ●

Si no hay desplazamiento, el trabajo es cero.

Si la fuerza aplicada es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es cero porque Cos(90º)=0.
●

El trabajo neto efectuado sobre un objeto es la suma de todos los trabajos efectuados por las fuerzas que actúan sobre el objeto.
●

Fis109c 2012:DinámicaTrabajo:Ejercicio 1
Una caja de 50 kg se tira 40 m por un piso horizontal mediante una fuerza constante de 100 N que ejerce una persona. La superficie es áspera y ejerce una fuerza de roce de 50 N. Calcule el trabajo efectuado por cada fuerza que actúa sobre la caja y el trabajo neto. FP=100 N

37º 50 kg

WP=3200 J Wr=-2000 J Wn=1200 J

Fis109c 2012:Dinámica

Trabajo: ejercicio 2
Calculeel trabajo que debe efectuar una persona para llevar una mochila de 15,0 kg por una subida de altura 10 m. Se puede suponer que el movimiento es uniforme y con velocidad constante WP=mgh=1500 J Calcule el trabajo efectuado por la fuerza de gravedad. Wg=-mgh=-1500 J Calcule el trabajo neto. Wn=WP+Wg=0

Fis109c 2012:Dinámica

Energía
Definimos Energía como “la capacidad de efectuar trabajo”.Un objeto en movimiento puede efectuar trabajo sobre otro con el que haga contacto entonces el objeto tiene “energía de movimiento” - ENERGIA CINETICA Para acelerar un objeto desde el reposo hasta una velocidad v, en una distancia d hay que aplicar una fuerza neta, Fn. El trabajo efectuado por está fuerza neta es .... Wn= Fnd = mad v2=u2+2ad ad=v2/2 Wn=mv2/2

Ahora el objeto tiene la capacidad deefectuar trabajo, es decir tiene ENERGIA, de mv2/2
Fis109c 2012:Dinámica

Energía Cinética
Definimos la Energía Cinetica, K, como

1 2 K= mv 2
Entonces Wn=∆K

Efectuando un trabajo neto de Wn aumenta la energía cinética del objeto por la misma cantidad Las unidades de Energía son Joules. Energía es un escalar.
Fis109c 2012:Dinámica

Energía Potencial
gravitacional elástica(resortes) eléctrica (etc)

Energía Potencial Gravitacional

h

ladrillo

clavo

Mientras el ladrillo cae, la fuerza de gravedad efectua trabajo sobre él. Por lo tanto su energía cinética aumenta. Cuando llega al clavo tiene la capacidad de efectuar trabajo sobre él.

Debido a su posicion el ladrillo tiene la potencial de hacer trabajo, es decir tiene energía potencial. (En esto caso esenergía potencial gravitacional).
Fis109c 2012:Dinámica

Energía Potencial Gravitacional
Cuando el ladrillo llega al clavo tiene velocidad de

v= √ 2gh
y entonces energía cinética de
2 m ( √ 2gh) =mgh 2

Por lo tanto antes de caer tenía la energía potencial gravitacional,

Ug=mgh

Importante: Ug es igual a la cantidad de trabajo necesario para levantar el objeto a la altura h.

Fis109c2012:Dinámica

La Energía Mecánica
La energía mecánica, E, se define como

E=K+U
U=40J K=0 U=20J K=20J Pelota de masa 2,0 kg (g = 10 m/s2)

h=2,0 m h=1,0 m

h=0,0 m E= 40J 40J

U=0 K=40J

40J
Fis109c 2012:Dinámica

La Energía mecánica se conserva.

Conservación de La Energía Mecánica
Ei=E
f

Ui + Ki=Uf+Kf

La energía mecánica de un sistema aislado permanece constante silos objetos interactúan sólo por medio de fuerzas conservativas.

Una fuerza es conservativa si el trabajo que realiza sobre un objeto que se desplaza en una trayectoria cerrada es cero. Gravedad es una fuerza conservativa. (W=mgh, h=0)
Fis109c 2012:Dinámica

La Montaña Rusa: I
v=0

B
h

A

R

¿Si h=20m y R = 18m,¿cuál sería la velocidad del carro cuando llega al punto A si no...