GuíadeFísica Energía

El TRABAJO efectuado por una fuerza F se define de la siguiente manera. Como se
muestra en la figura, una fuerza F actúa sobre un cuerpo. Este presenta un
desplazamiento vectorial s. La componente de F e la dirección de s es Fcos El trabajo
efectuado por la fuerza F se define como el producto de las componentes de F en la
dirección del desplazamiento, multiplicada por el desplazamiento.
W = (Fcos)(s) = Fcos
Nótese que es ángulo entre la fuerza y el vector de desplazamiento. El trabajo es una
cantidad escalar.
Si F y s están en la misma dirección y sentido, cos
cos0º = 1 y W – Fs. Sin embargo
si F y s tienen la misma dirección pero sentidos opuestos, entonces cos
cos180º = -1
y W = - Fs, y el trabajo es negativo. Fuerzas como fricción a menudo disminuyen el
movimiento de los cuerpos y susentido es opuesto al desplazamiento. En tales casos
efectúan un trabajo negativo.

LA UNIDAD DE TRABAJO en el SI es el Newton · metro llamado Joule (J). Un
Joule es el trabajo realizado por una fuerza de 1 N cuando el objeto se desplaza 1m en la
dirección de la fuerza . Otras unidades frecuentemente utilizadas son el erg, donde
1erg = 10^-7 J, y la libra- pie (lb·pie), donde 1lb · pie = 1.355 J.LA ENERGÍA de un cuerpo es su capacidad para efectuar un trabajo. Por
consiguiente la energía de un cuerpo se mide por el trabajo que puede desarrollar. Así,
cuando un objeto realiza un trabajo, la pérdida de energía del cuerpo es igual al trabajo
efectuado. El trabajo y la energía tienen las mismas unidades, se miden en Joules. La
energía, al igual que el trabajo, es una cantidad escalar. Unobjeto es capaz de realizar
un trabajo si posee energía.

LA ENERGÍA CINÉTICA es la energía que posee un objeto debido a su
movimiento. Si un objeto de masa m tiene velocidad v, su energía cinética
trasnacional está dada por
EC = 1/2mv^2
Cuando m está dada en Kg y v en m/s, las unidades son joules.

LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL es la energía que posee un
objeto debido a su posición en el campogravitacional. Un cuerpo de masa m, al caer
a una distancia vertical h, puede realizar un trabajo de magnitud mgh. La EPG de un
ojeto se define con respecto a un nivel arbitrario 0., el cual a menudo es la superficie de
la tierra. Si un objeto está a una altura h sobre el nivel 0 ó de referencia, se tiene
EPG = mgh

donde g es la aceleración debida a la ravedad. Mg es el peso del objeto.Lasunidades de
la EPG son los J cuando m está dada en Kg. g está en m/s^2 y h está en m.

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: La energía no se crea ni se destruye, sólo se
transforma de un tipo a otro. (Esto implica que la masa puede considerarse como
forma de energía. Por lo general, puede ignorarse la conversión de masa en energía y
viceversa, prevista por la teoría de la relatividad).

CONVERSIÓNTRABAJO-ENERGÍA: Cuando una fuerza efectúa un trabajo
sobre un objeto, la energía de éste debe incrementarse en la misma cantidad (o
disminuir si el trabajo es negativo). Cuando un objeto pierde energía de algún tipo, debe
experimentar un incremento igual de energía de cualquier otra forma, o desarrollar una
cantidad igual de trabajo.

POTENCIA es la rapidez con que se realiza un trabajo.
Potencia promedio =trabajo realizado por la fuerza = fuerza · velocidad
tiempo necesario para realizarlo
donde velocidad representa la componente de la velocidad del objeto en dirección de la
fuerza que se le aplica. En forma equivalente, podría tomarse el producto de la
velocidad del objeto y la componente de la fuerza aplicada en dirección de la velocidad.
En el SI, la unidad de potencia es el watt (W), donde 1W =1J/s
Otra unidad de energía que se emplea con frecuencia es el caballo de fuerza:
1hp=746W.
EL KILOWATT – HORA es una unidad de trabajo. Si una fuerza desarrolla un
trabajo con una rapidez de 1 kW (que equivale a 1000 J/s), entonces en una hora
realizará
1kW· h de trabajo:
1kW · h = 3.6 x 10^6 J = 3.6 MJ

PROBLEMAS DE APLICACIÓN
1. En la figura 1 se supone que el objeto jala con una fuerza de 75...