Trabajo y Portencia

Colegio : I.E ARGENTINA

Apellido y nombre: QUISPE SANCHEZ AISSA

Tema: TRABAJO MECANICO : (POTENCIA, ENERGIA)

Profesor: CORNELIO

Curso: CTA –FISICA

GRADO : 5TO

SECCION: D

2014

Muchas veces asociamos la palabra trabajo con alguna actividad que requiere algo de esfuerzo físico o intelectual.

Trabajo realizado por una fuerza constante

El concepto de trabajo mecánico es tan intuitivo como el de fuerza , por otro lado si eleva el mismo objeto al doble de altura con la misma fuerza ,se ha realizado el doble de trabajo

Ejm :cuando una persona eleva un objeto pesado hasta determinada altura ,se dice que ha realizado un trabajo , para cual ha tenido que ejercer una fuerza de una magnitud dad .

El trabajo , sea una fuerza constante o variable ,se define de la siguiente forma :es una magnitud escalar igual al producto de la componente de la fuerza paralela al desplazamiento por el modulo del desplazamiento.

También entendemos el trabajo como un proceso de transferencia de energía mediante el cual se produce un desplazamiento .

Matemáticamente se representa por :

W =F. d donde :

F= fuerza que realiza trabajo

d: desplazamiento

0= ángulo que forma F y d

W = F. cos 0.d

La ecuación dada solo permite calcular el trabajo de las fuerzas contantes ,mas no de las fuerzas variables.

TRABAJO MECÁNICO

En el sistema internacional ,la fuerza se mide en newtons (N) el desplazamiento en metros (m) y el trabajo en joule (j) .un joule equivale a un newton –metro (N.m)

1J = 1N .m

Si bien en la definición de trabajo están involucradas dos cantidades vectoriales ,como o son la fuerza y el desplazamiento ,el trabajo es una cantidad escalar.

Cuando la fuerza tiene la misma orientación que el desplazamiento , el trabajo es de signo positivo y se le llama trabajo motor ,cuando la fuerza se opone al movimiento ,la orientación de la fuerza es opuesta al desplazamiento y el trabajo es de signo negativo en este caso al trabajo se le llama trabajo resistente .

Ejemplo :

Un estudiante jala un carrito aplicando una fuerza de 200N , la cual forma un ángulo de 60 con respecto a la horizontal , si el carrito se desplaza una distancia horizontal de 5m ¿Qué cantidad de trabajo ha realizado el estudiante para mover el carrito ?

WF=F d + F d

W= ( 200 cos 60 ) ( 5 m) + (200 sen 60 ) ( 0m ) = 500 J

La fuerza F ha realizado un trabajo motor de 500J.

EL trabajo es máximo y positivo si la dirección

y el sentido de la fuerza coinciden

con los del desplazamiento

El trabajo debido a una fuerza

es nulo si la dirección del

desplazamiento y de la fuerza

son perpendiculares

dF

d

F

El trabajo es negativo

si el desplazamiento y la

fuerza tienen sentido contrario

Trabajo de una fuerza variable

La mayoría de las fuerzas que actúan en la naturaleza son variables ,como, por ejemplo, la fuerza elástica el deformar un resorte (a medida que se va deformando, cuesta mas esfuerzo seguir deformándolo ).

Por tal razón no podemos calcular el trabajo realizando una multiplicación escalar(fuerza por desplazamiento )

Sin embargo ,se puede obtener el trabajo de fuerzas variables si conocemos la dependencia de la fuerza con el desplazamiento a través de un grafico F-x

d

F

1 2 3 4 50

2

4

6

8

10

12

Columna1Columna2Columna3

18 J

trabajo realizado de x =2 a x = 5 es aprox. Igual al área de los rectángulos

1 2 3 4 50

2

4

6

8

10

12

El trabajo realizado por la fuerza es el área debajo de la recta de x = 2 a x =5

Si la fuerza F VARIA DEL MODO INDICADO :

SE OBSERVA :A 1 : TRABAJO POSITIVO A2: TRABAJO NEGATIVO

LUEGO :W total =W neto = A1 –A2

21 J

A1

A2

Ejemplo :Una caja es empujada a lo largo de un piso. Supongamos que F es una fuerza horizontal cuya intensidad aumenta uniformemente de 4N a 10N Y realiza un desplazamiento de 3m.

En este caso ,el trabajo realizado

Por la fuerza variable esta dado

numéricamente por el área

Debajo de la recta .el área 21 j

corresponde a un trapecio .

W= área del trapecio

W= ½ ( 4 + 10) (2)

W= 21j

El trabajo realizado por la fuerza variable será 21j

1 2 3 4 5

10

8

6

4

2

Potencia Las maquinas son diapositivas en los cuales no solo es importante el trabajo que pueden efectuar ,sino también la rapidez con que lo realizan.

La potencia indica la rapidez con la cual se realiza un trabajo.

Potencia (P)

Es una magnitud física escalar ; esta definición se formula de la siguiente manera :

P =W = W

t tf –t1

W es el trabajo realizado en un intervalo de tiempo t

Potencia instantánea :

Si F es la fuerza que realiza trabajo y es la velocidad ,la potencia se determina así

P= F. v :

La unidad de potencia es J/s , se determina watt (w) o vatio.

1 w = 1 joule

s

Otras unidades de potencia :

Puesto que el watt es una unida de potencia muy pequeño es usual expresar la potencia en horse power (HP) .por ejemplo, la potencia de los motores se expresa en HP .

1HP = 746 watt

Otra unidad de potencia muy utilizada es el kilowatt (KW)

EJEMPLO :

Un ascensor de masa de 500kg con cuatro personas a bordo , cada una con una masa de 75kg asciende una altura de 28m con velocidad constante ,en 32 segundos. Calcula la potencia del motor.

1. Puesto que el ascensor se mueve con velocidad constante, la fuerza que ejerce el motor es igual que el peso total del conjunto. Por lo tanto :

F = (kg) (9,8 m/s) = 7840 N

moto

2.Calculamos el trabajo realizado por el motor :

W = F d =(7840 N ) ( 28 m ) = 219 520 J

motor motor

3. Calculamos la potencia del motor :

P = W motor = 219 520 J = 6860 W

motor t 32 S

1 KW = 1000WATT

ENERGIA Energía cinética (€)

La energía cinética es la energía que posee un cuerpo debido a su velocidad.

Un auto en movimiento el viento ,un rio o las olas del mar (agua en movimiento ) ,un pez nadando o un conejo corriendo son cuerpos que poseen energía cinética debido a su movimiento .

Es una magnitud escalar ,siempre tiene un valor positivo o cero y tiene las mimas unidades que el trabajo . La energía cinética de una partícula de masa (m) que se mueve con una velocidad (v) se define de las siguiente manera :

E = 1 m v

2

TEOREMA DEL TRABAJO NETO Y LA ENERGIA CINETICA

A l aplicar una fuerza sobre un cuerpo , el trabajo se convierte en energía cinética . Esto hace variar la energía inicial del cuerpo ,que puede aumentar o disminuir .

Energía hidráulica Es la energía del agua en movimiento

Energía calorífica es la energía que ocasiona cambios de temperatura en los cuerpos .

Energía luminosaEs la energía que produce luz y se trasforma en energía térmica .

Energía nuclearEs la energía contenida en el núcleo del átomo

Energía eólica Es la energía del viento en movimiento.

La energía cinética se asocia a los cuerpos que se encuentran en movimiento, sin embargo también se relaciona con el movimiento de partículas que no nos es posible ver.

Cuando el agua hierve , las moléculas mas calientes situadas en la parte inferior de un recipiente suben a la superficie y transfieren energía cinética a las moléculas vecinas.

Energía potencial gravitatoria (E)

Para alzar verticalmente un objeto cualquiera sometido a la influencia de la gravedad terrestre, debemos como mínimo contrarrestar el peso. Al elevado, logramos que el objeto obtenga una energía gravitatoria que es igual al trabajo realizado por la fuerza externa para levantar el objeto a una altura h.

E = W = m g h

pg externo

La energía potencial gravitatoria es la energía que poseen los cuerpos situados a cierta altura con respecto a un nivel de referencia. Esta es relativa y depende del nivel de referencia desde se mide la altura

N.R. (h= 0)gh

Se llama línea de referencia (N.R) a la línea imaginaria donde se establece que en ese lugar la energía potencial es cero.

Energía potencial elástica

Un resorte ,un arco o una liga son capaces de obtener energía elástica al ser estirados o comprimidos

Para un resorte la energía potencial elástica es igual al trabajo que hay que hacer para estirarlo o comprimido una longitud x- el calculo del trabajo para un resorte es el siguiente :

E = W = 1 k . X

pe externo 2

Al resorte se le coloca un peso el cual ejerce una fuerza que provoca deformación en el.

Es aquella forma de energía asociada a los cuerpos elásticos en virtud de la deformación que adquieren.

Ejemplo :

Una fuerza de 600 N estira cierto resorte una distancia de 0,120 m.

¿Qué energía potencial tiene el resorte cuando una masa de 80 kg cuelga verticalmente de el ?

1. Calculamos la constante de la fuerza de resorte :

K = F = 600 N = 5000 N

X 0,120 M m

2. Calculamos la longitud x que estira la masa de 80 kg

X =F = ( 80 kg x 9,8 m / s ) = 0.16 m

K 5000 N /m

3.Calculamos la energía elástica :

F = 1 kx = 1 ( 5000 N/m ) (0,16 m) = 64 J

2 2

Ejemplo : una piedra de 20 g de masa es lanzada verticalmente hacia arriba con una fuerza que le imprime una velocidad de 30 m/s, calculamos el valor de la energía potencial de la piedra en el punto mas alto .

1 .Recopilamos datos : m= 20g = 0,02 kg ; v =30 m/s

2 . Calculamos la altura máxima (h Max)

alcanzada por la piedra ( v = 0) :

h = v = (30m/s) = 45,92 m

máx. 2g 2(9,8 m/s)

3. Calculamos la energía potencial :

F = 1 kx = 1 ( 5000 N/m) (0,16m) = 64 J

2 2

v=0

h g

N.R. (h= 0)