trabajo y energía la energía es un concepto fundamental de la ciencia, pero no es sencillo...
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Trabajo y Energía
La energía es un concepto fundamental de la ciencia, pero no es sencillo definirlo con precisión.
LA ENERGIA DE UN SISTEMA ES UNA PROPIEDAD DEL MISMO QUE NOS REFIERE A SU CAPACIDAD PARA TRANSFORMAR A OTROS SISTEMASPero mas importante que esto es comprender como se transforma y como se transfiere.
Hay energía en los seres vivos y en las cosas, y también en las radiaciones que llegan del espacio. Pero únicamente detectamos sus efectos cuando algo sucede, es decir, cuando se producen cambios.
Trabajo
El significado físico de la palabra trabajo difiere del significado habitual!!!!Como veremos el trabajo es un método de transferencia de energía
sFWT .
s
F
rarb
s
F
Fcos
rarb
sFWT .cos
Determina el trabajo total Wtotal, realizado por un agente que ejerce una fuerza constante F=80N sobre un bloque de masa m =10kg que se desplaza 6m (μ =0,3 y θ =20º)Comprobar que coincide con la energía cinética.
r
F
Fcos
rarb
Determina el trabajo total Wtotal, realizado por un agente que ejerce una fuerza constante F=120N sobre un bloque de masa m =10kg que se desplaza 4m sobre un plano inclinado(μ =0,25 y θ =30º)Comprobar que coincide con la energía cinética.
s
F
θ
Determina el trabajo total Wtotal, realizado por un agente que ejerce una fuerza constante F=40N sobre un bloque de masa m =10kg que se desplaza 2m hacia abajo sobre un plano inclinado(μ =0,25 y θ =50º)Comprobar que coincide con la energía cinética.
s
F
θ
La unidad de trabajo es N.m, que en el sistema internacional se denomina: Joule = Julio
Qué fuerzas no hacen trabajo???? Las que son perpendiculares a la trayectoria! Ejemplo: la tensión de la cuerda de un péndulo, el peso de un auto que avanza en línea recta, la fuerza normal.
22
2
1
2
1ifneto mvmvW
Apliquemos la definición de trabajo, al modelo de la figura El trabajo neto realizado sobre el cuerpo de masa m, realizado por la fuerza resultante será:
mF
s
vi vf
Energía Cinética y el Teorema del Trabajo-Energía Cinética
22
2
1
2
1ifneto mvmvW
mF
s
Vi= 2m/s vf
Determina el trabajo total Wtotal, realizado por un agente que ejerce una fuerza constante F=40N sobre un bloque de masa m =6kg que se desplaza 10m (μ =0,4)Comprobar que coincide con la variación de la energía cinética.
A la magnitud se la denomina Energía Cinética.2
2
1mv
Entonces:Cuando se realiza trabajo sobre un sistema y el único cambio que se produce en el sistema es el de su rapidez, el trabajo realizado por la fuerza neta es igual al cambio de su energía cinética
cinéticacicfneto EEEW
2
2
1mvEc
Energía Potencial gravitatoria
mg
mg
yb
ya
h
El trabajo de la fuerza gravitatoria se llama energía potencial gravitatoria:
pg
ab
ab
EUmghW
yymgW
mgymgyW
rmgW
mW
)(
0cos..
).( rg
La expresión mgh se denomina energía potencial gravitacional (Ep).En la ecuación anterior, el trabajo representa también una transformación de energía al sistema, en este caso de energía potencial gravitatoria a energía cinética.La energía potencial, así como el trabajo y la energía cinética son expresiones escalares y se miden en joules.
m =6Kg
y =10m
m =6Kg
y =10m
Ep Ec Em
EpEcE mec
A la suma de energía cinética y potencial se la denomina
Energía Mecánica
m =10Kg
y
Ep Ec Em
Vo= 10m/s
m =6Kg
y
Ep Ec Em
35º
s = 12m
Energía Potencial elástica
El trabajo de la fuerza elástica se llama energía potencial elástica:
elelást EUkxW 2
2
1
35º
35º
potencialcinética EE
Igualando la energía perdida con la ganada sobre la pelota:
GANA = PIERDE
mg
mg
y
Si cuando actúan fuerzas sobre un sistema se conserva la Energía Mecánica, entonces las fuerzas son conservativas. Ej: fuerza gravitatoria.
0 MESi cuando actúan fuerzas sobre un sistema, no se conserva la Energía Mecánica, entonces existe al menos una fuerza que es no conservativa. En este caso, la variación de la Energía Mecánica es igual al trabajo de la fuerza no conservativa.
vasconservati no FuerzasM WE
Fuerzas Conservativas y No Conservativas
m =6Kg
y
Ep Ec Em
55º
s = 10m
μ = 0,3
TFr
35º
35º
μ = 0,3
La unidad de potencia en el SI es el watt, 1 W = 1 J/s. En el sistema inglés la unidad es el caballo de vapor o hp
1 hp = 746 W
Podemos definir ahora una nueva unidad de Energía en función de la unidad de Potencia: el kilowatt hora.1 kWh = 3.6 106 J