Trabajo energia y potencia

nergia y potencia
ÁREA FUNDAMENTAL DE MATEMÁTICAS Y FÍSICA.
COMPONENTE FÍSICA DE GRADO 11.

NOMBRE: __________________________________ SECCIÓN: ____ FECHA: _______
Equipo Nº: ______

TRABAJO ENERGÍA Y POTENCIA.
(EJERCICIOS Y PROBLEMAS)
Indicadores de Logro:

1. Describo el concepto físico de trabajo y sus unidades en los diferentes sistemas y lo utilizo para deducir los conceptos deenergía cinética y potencial y con ellos resuelvo problemas de aplicación.
2. Describo la ley de conservación de la energía y con ella defino sistemas abiertos (no conservativos) y cerrados (conservativos) y con estos conceptos resuelvo problemas relacionados.
3. Comprendo y explico el concepto de potencia y sus unidades en los diferentes sistemas y los utilizo para resolver problemas deaplicación.

Reseña conceptual:

Trabajo (W):

En física una fuerza actuando sobre un cuerpo, realiza un trabajo cuando el cuerpo se desplaza en la dirección de la fuerza o en la de una de sus componentes.
Es entonces el producto entre la fuerza y el desplazamiento cuando ambos vectores tienen la misma dirección o con la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento cuando eldesplazamiento es sesgado. Por eso:

W = F d cos ( = F ( d (producto punto o escalar entre vectores)

F: magnitud de la fuerza.
d: magnitud del desplazamiento.
(: ángulo menor entre los vectores F y d

Ejercicio:

Sean F la fuerza ejercida, d el desplazamiento realizado y W el trabajo obtenido, entonces en cada uno de los siguientes casos determine el trabajo, aplicando la descripción anterior.Solución.

En el caso a. W = F d cos (.
Sólo la componente Fd = F cos ( que está en la dirección del desplazamiento, viene a realizar trabajo.
En el caso b. W = F d cos (, pero como ( = 0º como se ve en el dibujo y cos 0º = 1, entonces W = F d (1) = F d.

En el caso c. W = F d cos (, pero como ( = 90º como se ve en el dibujo y cos 90º = 0, entonces W = F d (0) = 0.
Nótese que en estoscasos la fuerza F no realiza trabajo físico aun cuando exista el desplazamiento y la fuerza.

En el caso d. W = F d cos (, pero como ( = 180º como se ve en el dibujo y cos 180º = - 1, entonces W = F d (- 1) = - F d.

Observaciones:

❖ Cuando en una situación física dada se calcula el trabajo y resulta positivo, se denomina trabajo motor, porque la fuerza contribuye al desplazamiento omovimiento del objeto. Esto se ve en los casos a. y b del ejercicio anterior.

❖ Si por el contrario el cálculo del trabajo resulta negativo, se denomina trabajo resistente porque la fuerza va en contra del desplazamiento o movimiento del cuerpo m y en estos casos lo está frenando o deteniendo como en el caso d del ejercicio anterior.

Unidades del trabajo W.

Siendo el trabajo el producto de unafuerza por un desplazamiento es natural que sus unidades sean el producto de tales unidades en cada sistema. Veamos:

|SISTEMA: |S.I.U. (MKS) |DE GAUSS (CGS) |INGLÉS |
|UNIDADES: |N m =[pic] (Joule) |Dina cm = [pic] = Ergio |Lb pie |

Eltrabajo y la energía cinética (K):

Cuando se realiza trabajo sobre un cuerpo m y éste (el trabajo) se convierte completamente en movimiento se dice que el trabajo se ha invertido en la energía cinética que tiene el cuerpo en ese instante. La energía cinética por tanto es la energía que provee el movimiento. Veamos:
W = F d cos 0º = F d.
Pero si F es una fuerza desbalanceada debe generar unaaceleración (2ª ley de Newton) y por tanto F = m a.

Además el desplazamiento d recorrido bajo una aceleración a desde una V0 hasta una VF se calcula como [pic]. El estudiante puede verificarlo desde las fórmulas cinemáticas. Al sustituir en W, F y d obtenemos:
[pic] si llamamos K (energía cinética) a [pic] entonces escribimos:
W = KF – K0 = ( K con lo que concluimos que el trabajo realizado...