Trabajo y energía

Cleu 4B-FISICA 1 Equipo:

Montes Morteo Elizama Esperanza

García Anaya Jessica Anahí

Rendón Vázquez Inci Ixchel

Suarez Gurrero Lucero Yenedi

Energía

La magnitud denominada energía enlaza todas las ramas de la física. En el ámbito de la física, debe

suministrarse energía para realizar trabajo.

La energía se expresa en joules (J).

Existen muchas formas de energía: energía potencial eléctrica y magnética, energía cinética, energía

acumulada en resortes estirados, gases comprimidos o enlaces moleculares, energía térmica e incluso la

propia masa.

La energía tiene infinidad de aplicaciones en la vida: tecnológicas, industriales y domésticas.

La ley de la conservación de la energía es uno de los principios más importantes de la Física, ya que a

partir de esta se establecen formas respecto a su conservación y utilización.

En mecánica, relatividad, gravitación, termodinámica, electromagnetismo, Física atómica o Física

nuclear, la ley de la conservación de la energía es de suma importancia, lo que se comprobará con el

estudio de la energía mecánica.

Tipos de energía

Cinética.- Cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo también se realiza trabajo, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores.

Cuando una masa se desplaza con movimiento variado desarrolla energía cinética.

Ec = ½.m.v²L = F. d L = Ec F. d = ½.m.v²

Ec: Energía cinética.

La energía cinética de un cuerpo en movimiento depende sólo de su rapidez (la magnitud de su velocidad), pero no depende de la dirección en que se mueve.

La energía cinética y el trabajo son cantidades escalares (no vectoriales).

El trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es igual a la variación de la energía cinética de dicha partícula.

Δ Ec = Ec2 - Ec1L = Ec2 - Ec1F.d = ½.m.(v²2 - v²1)Δ

Ec: Variación de la energía cinética.

“Jugando” un poco con la última ecuación tenemos:

F. d = ½.m.(v²2 - v²1) m.a.d = ½.m.(v²2 - v²1)

Cancelamos la masa: a.d = ½.(v²2 - v²1) Obtenemos una conocida ecuación de cinemática muy útil cuando no conocemos la variable del tiempo

“t”:2.a.d = v²2 - v²1

Energía Potencial: Cuando un cuerpo varía su altura desarrolla energía potencial.

Ep = m.g.hL = F.d

En éste caso la distancia es la altura "h".L = F.d = F.h

Como se trata de la fuerza peso: L = F.d = F.h = P.h = m.g.hL = Ep = m.g.h

Ep :Energía potencial.

El trabajo realizado por la fuerza peso es igual a la variación de la energía potencial.

L = Δ Ep = Ep2 - Ep1L = Δ Ep = m.g.(h2 - h1)

Δ Ep: Variación de la energía potencial.

Nota: el concepto que debe quedar bien entendido es que la energía potencial depende la variación de la

altura.

En todas las transformaciones entre un tipo de energía y otro se conserva la energía total, y se conoce como

teorema de la energía mecánica (Δ EM).

Teorema de las fuerzas de la energía mecánica total (fuerzas

conservativas y no conservativas)

Fuerzas conservativas: Para un cuerpo de masa

m que se mueve del punto 1 al 2 y luego del

punto 2 al 1.

Una fuerza es conservativa si el trabajo

efectuado por ella sobre una partícula que se

mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es

nulo.

L = 0

Fuerzas no conservativas: Para un cuerpo de

masa m que se mueve del punto 1 al 2 y luego

del punto 2 al 1.

Una fuerza es no conservativa si el trabajo

efectuado por ella sobre una partícula que se

mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es

distinto de cero.

L ≠ 0

Teorema de la energía mecánica total:

Es la suma de los trabajos de todas las

fuerzas externas e internas del sistema.

Δ EM = Δ Ec + Δ Ep + HO

Δ EM: Variación de la energía mecánica.

Δ EC: Variación de la energía cinética.

Δ EP: Variación de la energía potencial.

HO: Trabajo de las fuerzas no conservativas o

disipativas.

Aplicado a fuerzas conservativas El trabajo

del sistema o la energía mecánica total es

nulo.

Δ EM = 0Δ EM = Δ Ec + Δ Ep = 0

Trabajo

una fuerza constante genera trabajo cuando, aplicada a un cuerpo, lo desplaza a lo largo de una determinada distancia. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento.

El trabajo se expresa en Joules (J).Cuando la fuerza tiene la dirección de movimiento.

L = F . d

L: Trabajo realizado por la fuerza.

Cuando la fuerza aplicada tiene una inclinación α con respecto al movimiento.

L = F. cos α .d

Todas las fuerzas perpendiculares al movimiento no realizan trabajo.

La fuerza puede no ser mecánica , como ocurre en el levantamiento de un cuerpo o en la aceleración de un avión de reacción; también puede ser una fuerza electrostática, electrodinámica o de tensión superficial

Conservación De La Energía Mecánica

TRABAJO MECÁNICO: W = pa, donde:

W = trabajo expresado en joules (J);

P = peso expresado en Newton (N);

a = altura expresada en metros.

Esta expresión algebraica de trabajo (W = Pa) no es válida cuando empujamos o arrastramos un

cuerpo, pues en este caso la altura del cuerpo sobre el piso es cero; por consiguiente, en lugar

de considerar su altura nos estaremos refiriendo a la distancia (d) que recorre y la fuerza (f)

aplicada, obteniendo la relación:

W = Fd.

En general, tanto la fuerza F como el trabajo W no dependen de la masa del cuerpo, ya que

dos cuerpos de diferente masa reciben el mismo trabajo. No debemos olvidar que la fuerza

gravitacional si depende de la masa del cuerpo y en este caso F = mg = P

Principios de mecánica

La observación diaria nos permite distinguir movimientos muy diversos en los objetos al alcance de nuestros

sentidos.

Los antiguos griegos clasificaron los movimientos en tres categorías fundamentales:

1. El movimiento de los cuerpos provocado por otros cuerpos en contacto directo (un caballo tirando de un

carro).

2. El movimiento de los objetos que caen libremente hacia el suelo (fruta desprendida de un árbol).

3. El movimiento de los astros, unas veces regular e inmutable (estrellas) y otras veces aparentemente caprichoso

(planetas)

Mecánica Clásica.- El estudio de la relación existente entre el movimiento de un cuerpo y las causas de dicho

movimiento constituye una rama de la Física que se denomina Dinámica.

Las interacciones se describen convenientemente introduciendo el concepto físico-matemático que

denominamos fuerza.

Dinámica.- es básicamente el análisis de la relación existente entre las fuerzas y los cambios de movimiento de

los cuerpos.

Energía mecánica: El trabajo total para el caso de una masa en movimiento rectilíneo

combinado horizontal-vertical, tenemos que resulta la suma de todos los trabajos:

L = Lx + Ly

De las ecuaciones anteriores:

L = (Ec2 - Ec1) + (Ep2 - Ep1)

Entonces la energía mecánica es: ΔEM = L = (Ec2 - Ec1) + (Ep2 - Ep1) ΔEM = ΔEc + ΔEp = 0

La variación de la energía mecánica es nula porque solo intervienen fuerzas conservativas.

¿Qué es el trabajo mecánico? Cuando un cuerpo se mueve una distancia d sobre una línea recta,

mientras actúa sobre él una fuerza constante de magnitud F en la misma dirección del

movimiento, el trabajo L realizado por la fuerza se define como: L = F.d

¿En que unidades se mide el trabajo? En el SI es el joule (J):1 J = 1 N.m En el sistema británico es

la libra-pie

¿Cuáles son sus equivalencias? 1 J = 0,7376 lb.pie1 lb.pie = 1,356 J

Si se levanta un cuerpo desde el suelo, ¿hay trabajo? Si, es el trabajo de la fuerza peso.

¿Las máquinas simples, realizan trabajo? Si, siempre que una fuerza se aplique a lo largo de una

distancia hay trabajo. No confundir con el "momento de una fuerza".