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Investigación De La Unidad III
Física



Luis Daniel Hernández Márquez



Ing. Porfirio Leyva Lazcano



Ingeniería Industrial J-22







Unidad III. Trabajo, energía cinética, y conservación de energía.


En principio, si se conociera la fuerza que actúa sobre una partícula como función del tiempo,
~f = ~f (t), sería fácil obtener la ecuación de su trayectoria, ~r = ~r(t), que es uno delos problemas fundamentales que se plantea la Mecánica Clásica:
~f (t) = m a(t) −→ ~a(t) = ~f(t) m −→ ~v(t) = Z ~a(t) dt =⇒ ~r(t) = Z ~v(t) dt
Pero generalmente las fuerzas que actúan sobre las partículas se conocen en Física en función de su posición y el método anterior no es aplicable. Por lo tanto, se introducen nuevos conceptos (trabajo y energía) con los que conociendo solo algunaspropiedades de la fuerza se pueden resolver muchos problemas.

Durante el desplazamiento hacia abajo, se observa además que la velocidad del objeto aumenta gradualmente y su energía cinética dada por:

K= m

También aumenta. La variación de la energía cinética conforme el objeto se desplaza sin fricción es igual al trabajo realizado sobre el objeto, esto es:

W=AK

A este hecho se le conoce como elteorema de la variación de la energía, o como el teorema del trabajo y la energía (cinética). Esto es, el trabajo realizado por una fuerza constante para mover un objeto en ausencia de fricción es igual al cambio en la energía cinética del objeto.




3.1 Concepto De Trabajo

El trabajo, una de las categorías centrales de la sociología, puede definirse como la ejecución de tareas que implican unesfuerzo físico o mental y que tienen como objetivo la producción de bienes y servicios para atender las necesidades humanas.
Como idea general, hablamos de trabajo cuando una fuerza (expresada en newton) mueve un cuerpo y libera la energía potencial de este; es decir, un hombre o una maquina realiza un trabajo cuando vence una resistencia a lo largo de un camino.
El trabajo es una magnitud escalarproducido sólo cuando una fuerza mueve un cuerpo en su misma dirección. Su valor se calcula multiplicando la magnitud de la componente de la fuerza localizada en la misma dirección en que se efectúa el movimiento del cuerpo, por el desplazamiento que éste realiza.
Si la fuerza que mueve el cuerpo se encuentra totalmente en la misma dirección en que se efectúa el desplazamiento, el ángulo θ es iguala cero o 90° ya que el coseno de 0 ó 90° es igual a 1, donde el trabajo será igual a:

T = F d.

Se realiza un trabajo de un joule (1 J) cuando al aplicar una fuerza de un Newton a un cuerpo, este se desplaza un metro. De donde:
1 J = N.m.

Trabajo =  fuerza por coseno de alfa por distancia



3.2 Teorema del Trabajo y la Energía

Todo cuerpo en movimiento tiene la capacidad de realizar un trabajoa partir de una disminución de su velocidad.
Como ejemplos se pueden considerar un martillo golpeando un clavo, una bala impactando contra una pared de acero o una piedra golpeando a otra piedra.
Estos hechos sugieren estudiar con más detalle la relación existente entre el estado de movimiento de una partícula y su posible capacidad para realizar trabajo.
Como la fuerza que la partícula ejercesobre el exterior es la misma que se ejerce sobre ella (principio de acción y reacción):

dW = f.dr = ma.dr = ma.vdt = m v.dv

Por otra parte, se puede expresar:

d (v 2 ) = d(v.v) = 2 v.dv

Se dice que la energía se define como energía aquella capacidad que posee un cuerpo (una masa) para  realizar trabajo luego de ser sometido a una fuerza; es decir, el trabajo no se puede realizar sinenergía. Esta capacidad (la energía) puede estar dada por la posición de un cuerpo o por la velocidad del mismo; es por esto que podemos distinguir dos tipos de energía: potencial y cinética.

Energía potencial

Es la energía que posee un cuerpo (una masa) cuando se encuentra en posición inmóvil.
Por ejemplo, una lámpara colgada en el techo del comedor puede, si cae, romper la mesa. Mientras cuelga,...