Trabajo, energía cinética y conservación de la energía

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo abarca temas muy importantes para el mejor entendimiento de la dinámica de los cuerpos y las propiedades de los materiales.

El problema fundamental de la mecánica es describir como se moverán los cuerpos si se conocen las fuerzas aplicadas sobre él. La forma de hacerlo es aplicando la segunda Ley de Newton, pero si la fuerza no es constante, es decir laaceleración no es constante, no es fácil determinar la velocidad del cuerpo ni tampoco su posición, por lo que no se estaría resolviendo el problema.

Los conceptos de trabajo y energía se fundamentan en las Leyes de Newton, por lo que no será necesaria la introducción de ningún principio físico nuevo. Con el uso de estas dos magnitudes físicas, contamos con un método alternativo para describir elmovimiento cuando la fuerza no es constante, ya que en estas condiciones espaciales la aceleración no es constante y no se pueden usar las ecuaciones de la cinemática que ya hemos aprendido en la unidad pasada. En este caso se debe usar el proceso matemático de integración para resolver la segunda Ley de Newton. Algunos de los ejemplos de fuerzas variables en este aspecto son aquellas que varíancon la posición, comunes en la naturaleza, como la fuerza gravitacional o las fuerzas elásticas.

Habiendo establecido la relación de los conceptos trabajo y energía con la Segunda Ley de Newton y sus posibles variables, será mejor recordar lo que la misma enuncia.

Segunda Ley de Newton: Siempre que una fuerza no equilibrada actúa sobre un cuerpo, en la dirección de la fuerza se produce unaaceleración que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo.

A partir de todo esto podemos hablar de conceptos como el trabajo y la energía estando un poco más familiarizados con la procedencia y fundamento de estos términos que hasta hace poco eran nuevos.

1. TRABAJO, ENERGÍA CINÉTICA Y CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

1.1 Concepto de Trabajo
Enfísica se define al trabajo como un producto del ejercicio de una fuerza que incrementa en forma continua y llega al momento en que desplaza a un cuerpo en dirección de la fuerza.
El término trabajo tiene una definición operacional y cuantitativa. Para que se realice un trabajo se deben cumplir tres requisitos:
* Debe haber una fuerza aplicada.
* La fuerza debe actuar a través de ciertadistancia, llamada desplazamiento.
* La fuerza debe tener una componente a lo largo del desplazamiento.
CONCEPTO DE TRABAJO. Es una cantidad escalar igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y de la componente de la fuerza en dirección del desplazamiento.
Trabajo = Componente de la fuerza X desplazamiento
W=F∙dr
Las unidades de trabajo son las unidades de fuerza multiplicadaspor as de distancia, por lo que, en unidades del SI, el trabajo se mide en newtons-metro (N∙m). Esta unidad es llamada Joule y se representa con el símbolo J.
Un Joule es igual al trabajo realizado por una fuerza de un newton al mover n objeto a través de una distancia paralela de un metro.
Cuando la fuerza se expresa en unidades del SUEU, la unidad de trabajo correspondiente se llama libra-pieft∙lb.
Una libra-pie es igual al trabajo realizado por una fuerza de una libra al mover un objeto a través de una distancia paralela de un pie.

*1 J=0.7376 ft∙lb 1 ft∙lb=1.356 J
1.2 Cálculo de trabajo para diferentes fuerzas

1.2.1 TRABAJO EFECTUADO POR CUALQUIER FUERZA

Primero es necesario considerar las diversas fuerzas que actúan en un cuerpo que se desplaza.
* Su pesow
* La fuerza normal N de la superficie
* La fuerza Tsobre el objeto.
* La fuerza de fricción cinética fk.
El trabajo diferencial dW efectuado por cualquier fuerza F sobre un sistema se define como el producto escalar de F por el cambio diferencial en el vector de posición dr del punto de aplicación de la fuerza sobre el sistema:
dW= F∙dr

Esta definición no dice nada acerca...