Trabajo Y Energia

INSTITUTO POLITÉCNICO NACONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA U. ZACATENCO
MONOGRAFÍA: LA ENERGÍA MECÁNICA TOTAL
Prof. Ricardo Pintle Monroy
Academia de Física de ICE

1.- Trabajo y energía.
El concepto de energía es uno de los más importantes dentro de las ciencias experimentales, gracias a éste, en el siglo XX lograron todas un fantástico desarrollo. En la actualidad,en todas las actividades humanas se habla de la energía y de su racional aprovechamiento.
La energía tiene muchas manifestaciones (energía mecánica, química, electromagnética, nuclear, gravitacional, etc.) y en un solo fenómeno en una porción de la naturaleza, pueden manifestarse varias formas de energía, y pueden transformarse unas en otras; sin embargo, en todos los casos lo asombroso es quehaciendo un balance de las diferentes formas de energía, antes y después de cualquier fenómeno, la cantidad se conserva.
A la energía, Newton no la menciona en su Principia Matemática. No fue necesario, contaba con su segunda ley para resolver problemas. Sin embargo, la física de mediados del siglo XIX, crea, formula y proclama al mundo el concepto de energía mecánica y resultó tan útil, que enmuchos problemas sustituye exitosamente a la segunda ley de Newton. No es un concepto primario como la masa, la posición o la velocidad, es un concepto derivado de estos y como una aplicación de la segunda Ley de Newton.
La energía mecánica bajo ciertas circunstancias se conserva. En la mecánica clásica son muy útiles esas cantidades, que bajo ciertas condiciones se conservan durante losfenómenos: la energía mecánica es una de ellas, la cantidad de movimiento y el momentum angular, son otras.
Definir que es la energía mecánica de una partícula, en general es una tarea compleja, sin embargo por estar íntimamente relacionada con el trabajo mecánico que recibe o hace la partícula, a través de éste, es relativamente fácil entender a la energía mecánica, comprenderla y manejarla. Iniciemosnuestro estudio del trabajo mecánico, para luego relacionarlo con la energía mecánica.
2.- Definición de Trabajo mecánico.
El concepto del trabajo en las ciencias físicas, difiere del concepto intuitivo que se tiene de éste. El común de las gentes dice que el trabajo cansa, nos ocupa tiempo y requerimos tener salud y energía para trabajar. Sin embargo, en física, el trabajo mecánico W, tiene unadefinición fundamental y simple:
“El trabajo mecánico W, que una fuerza F hace sobre una masa m, es igual al producto de la magnitud de la fuerza, por la magnitud del desplazamiento d que le produce a la masa” La fuerza debe ser constante durante todo el recorrido, el recorrido debe ser rectilíneo y la fuerza debe tener la misma dirección que el desplazamiento; esto es, la fuerza y eldesplazamiento deben ser paralelos:
W=F d ; F∥d (1)


xi xfd = xf - xi
Definitivo, si la fuerza no le produce un desplazamiento a la masa, la fuerza no está haciendo trabajo, el trabajo mecánico sobre la masa es nulo.
3.- Análisis de algunos ejemplos para clarificar el concepto de trabajo mecánico.
El atleta levantador de pesas, mientras levanta las pesas, está aplicando una gran fuerza y está desplazando delpiso hasta una altura a las pesas. El atleta aplica una fuerza muy grande a la masa de las pesas y está ocurriendo un desplazamiento en la dirección de la fuerza, por tanto, el pesista está realizando un trabajo mecánico.
Sin embargo, cuando el pesista ya levantó las pesas y las está sosteniendo en su máxima altura, sigue aplicando una enorme fuerza para sostenerlas y suda por el esfuerzo,...