trabajo y energia

TEMA 7. TRABAJO Y ENERGÍA.

1.- Concepto de trabajo ejercido por una fuerza.
El Trabajo es una de las formas de transferencia de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace.
El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F, aplicada sobre el cuerpo, del desplazamiento, Δr y del coseno del ángulo α que forman lafuerza y el desplazamiento.


La unidad de trabajo en el Sistema Internacional es el julio (J; 1J = 1N·m).
α es el ángulo formado por los vectores Fuerza (F) y desplazamiento (Δr).

Analicemos algunos casos y estudiamos el significado del signo del trabajo:

CASO A: La fuerza de la que queremos calcular el trabajo tiene el mismo sentido que el desplazamiento.




Como los vectoresFuerza (F) y desplazamiento (Δr) tienen la misma dirección y sentido α=0; cos 0 = 1:


Ejemplo 1.- Calcula el trabajo que produce una fuerza de 20 N para desplazar un objeto 10 m, sabiendo que el vector fuerza aplicada y el vector desplazamiento tienen la misma dirección y sentido.



Observamos que en este ejemplo el Siempre que el trabajo de una fuerza sea positivo podemos deducir que lafuerza contribuye al desplazamiento del cuerpo.

CASO B: La fuerza de la que queremos calcular el trabajo tiene sentido contrario al desplazamiento.




Como los vectores Fuerza (F) y desplazamiento (Δr) tienen sentidos contrarios α=180; cos 180 = -1:


Ejemplo 2.- Calcula el trabajo que produce una fuerza de 20 N para desplazar un objeto 10 m, sabiendo que el vector fuerza aplicada yel vector desplazamiento tienen la misma dirección y sentidos contrarios.



Observamos que en este ejemplo el Siempre que el trabajo de una fuerza sea negativo podemos deducir que la fuerza se opone al desplazamiento del cuerpo.

CASO C: La fuerza de la que queremos calcular el trabajo es perpendicular al desplazamiento.




Calculemos el trabajo producido por la fuerza Normal
Comolos vectores Fuerza (N) y desplazamiento (Δr) son perpendiculares α=90; cos 90 = 0:


Otro tanto igual se podría decir del trabajo producido por la fuerza Peso, que también es perpendicular al desplazamiento.

Cuestión 3.- a) ¿Conoces alguna fuerza que sea perpendicular al desplazamiento en todo momento?
b) ¿Cuánto vale el trabajo de la fuerza centrípeta?

Problema 4.- Una caja sedesplaza según una trayectoria descrita por los siguientes puntos, siempre a velocidad constante: A) Origen; B) 5 m por encima de A; C) 2 m a la derecha de B; D) 5 m por debajo de C.
a) Calcula el trabajo que hace la fuerza peso en cada uno de los tramos de esta trayectoria.
b) Calcula el trabajo que hace la fuerza aplicada para vencer la fuerza peso en cada uno de los tramos de esta trayectoria.Problema 5.- Un satélite de comunicaciones gira con velocidad constante atraído por la fuerza gravitatoria. Explica cómo hallarías el trabajo realizado por esta fuerza. Sol: 0 J.
Problema 6.- Calcula el trabajo realizado en los siguientes casos:
a) La fuerza necesaria para sostener un saco de yeso de 50 kg en reposo.
b) La fuerza gravitatoria que ejerce el Sol sobre la Tierra.
c) La fuerzatotal sobre un patinador que, sosteniendo a su pareja de 60 kg, se desliza 2 m a velocidad constante. Sol: 0J, 0J; 0J.
Problema 7.- Una caja se desplaza según una trayectoria descrita por los siguientes puntos:
A) Origen; B) 5 m por encima de A; C) 2 m a la derecha de B; D) 5 m por debajo de C.
a) Calcula el trabajo que hace la fuerza peso en cada uno de los tramos de esta trayectoria.
b) Calculael trabajo que hace la fuerza aplicada en cada uno de los tramos de esta trayectoria.
Problema 4.-Calcule el trabajo que hay que hacer para trasladar una caja de masa m desde los puntos A y B hasta el punto C situado a una altura h del suelo, siguiendo el cuerpo un movimiento rectilíneo y uniforme. Suponga el sistema sin rozamiento.

Problema 5.- a) Para arrastrar una caja que está en el...