RECUPERACIÓN DE LABORATORIO FISICA A

TRABAJO Y CONSERVACION DE LA ENERGÍA MECÁNICA-RODADURA
1. OBJETIVO:
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El estudiante comprobará los conceptos de trabajo y conservación de energía mecánica de cuerpos
rígidos.
Analizar los cambios que ocurren entre la energía cinética rotacional, traslacional y la energía
potencial gravitacional de una esfera soltada en un plano inclinado, usando en su análisis cálculos de
energía mecánica ycinemática.

2. MARCO TEORICO:
Energía es uno de los temas más importantes en física e ingeniería, siendo necesario identificar, seguir o
controlar los intercambios de energía en sus diferentes manifestaciones. Cotidianamente se piensa en la
energía en varios términos: combustibles para transporte y calentamiento, electricidad para luz y
electrodomésticos, alimentos para el consumo, inclusive encuan capaces somos de realizar alguna actividad
física. Sin embargo, estas ideas no definen la energía; pero sí señalan que los combustibles son necesarios
para realizar un trabajo y que dichos combustibles proporcionan algo que se llama energía.
La energía se pone de manifiesto en el Universo de formas diversas. Así pues, todo proceso físico que ocurra
en él, implica energía, transferencias otransformaciones de energía. No obstante, a pesar de su extrema
importancia, la energía no es fácil de definir.
La importancia del concepto de energía surge del principio de conservación de la energía: la energía es una
cantidad que se puede convertir de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse. En un motor de
automóvil, la energía química almacenada en el combustible se convierteparcialmente en la energía del
movimiento del auto, y parcialmente en energía térmica. En un horno de microondas, la energía
electromagnética obtenida de la compañía de electricidad se convierte en energía térmica en el alimento
cocido. En éstos y todos los demás procesos, la energía total —es la suma de toda la energía presente en
diferentes formas— no cambia. Todavía no se ha hallado ninguna excepción.2.1. Trabajo por una fuerza constante W
El trabajo W empleado sobre un sistema por un agente externo que ejerce una fuerza constante
sobre el sistema es el producto de la magnitud F de la fuerza, la magnitud Δr del desplazamiento del
punto de aplicación de la fuerza F y cos ϴ, donde ϴ es el ángulo entre los vectores fuerza y
desplazamiento, como ilustra la figura 1 y plantea la ecuación 1.
𝑊 = 𝐹.∆𝑟. 𝑐𝑜𝑠𝜃

Fig. 1. Objeto desplazado por una fuerza constante.

(1)

Fig. 2. Ilustración de un Diagrama de Fuerzas (DCL) actuando sobre un objeto.

Del diagrama de Fuerzas (DCL) Fig. 2., se puede notar que si un objeto se desplaza sobre una superficie
horizontal, la fuerza normal n y la fuerza gravitacional mg no hacen trabajo sobre el objeto. F es la única
fuerza que realiza trabajo sobre el objeto.
Launidad de trabajo en el SI es 1 joule = 1 newton por metro (1 J = 1 N · m). El trabajo es una cantidad
escalar, ya que puede ser positivo o negativo, pero no tiene dirección en el espacio.
2.2 Energía cinética y el teorema trabajo–energía cinética
El trabajo total realizado por fuerzas externas sobre un cuerpo se relaciona con el desplazamiento de éste (los
cambios en su posición), pero tambiénestá relacionado con los cambios en la rapidez del cuerpo.

Fig. 3 Relación entre el trabajo total efectuado sobre un cuerpo y la manera en que cambia la rapidez del cuerpo

Una vez identificado el trabajo como un mecanismo de transferencia de energía en un sistema, es posible que
al hacer trabajo sobre dicho sistema, logre cambiar su estado de reposo o de movimiento. Por lo que a esta
situaciónasociada con la rapidez, se asocia un primer tipo de energía que un sistema puede tener, la energía
cinética K.

Fig. 4 Objeto que cambia su velocidad debido a una Fuerza neta F.

Considere una partícula con masa m que se mueve en el eje x bajo la acción de una fuerza neta constante de
magnitud F dirigida hacia el eje 1x (figura 4). La aceleración de la partícula es constante y está dada por...