Trabajo, Potencia y Energía

¿Qué es el Trabajo?

En la ciencia, la palabra trabajo tiene un significado diferente al que usted puede estar familiarizado.

La definición científica del trabajo es: el uso de una fuerza para mover un objeto en una distancia (cuando ambas: la fuerza y el movimiento del objeto están en la misma dirección.)

Entonces:¿Cuándo se realiza Trabajo?

Trabajar o no

• De acuerdo con la definición científica, que es trabajo; piense en cual de las siguientes situaciones se da.

• Un profesor dando una conferencia en su clase.

• un ratón empujando un pedazo de queso con su nariz por el suelo.

¿Dónde ocurre trabajo?

• Un científico, pronuncia un discurso ante una audiencia de sus compañeros.

• Un Fisicoculturista levanta 350 libras por encima de su cabeza.

• Una madre lleva a su bebé de habitación en habitación.

• Un padre lleva un bebé en un carro. • Una mujer lleva una bolsa de 20 kg de

comestibles a su coche.

Requisitos para realizar un trabajo

• 1.- Debe haber una fuerza aplicada• 2.-La fuerza debe ser aplicada a través de cierta

distancia (desplazamiento)• 3.-La fuerza debe tener una componente a lo

largo del desplazamiento. Es decir, si la fuerza y la distancia van en la misma dirección, la fuerza hace trabajo positivo.

Si la fuerza y la distancia van en la dirección opuesta, la fuerza realiza trabajo negativo.

Fórmula para el trabajo

Trabajo = fuerza x distancia

• La unidad de fuerza es el newton• La unidad para la distancia es el metro• La unidad de trabajo es newton-metros• Un newton-metro es igual a un julio• Por lo tanto, la unidad de trabajo es un joule

W= F x D• Trabajo = fuerza x

distanciaCalcule: Si un hombre empuja un bloque de hormigón en una distancia de 10 metros con una fuerza de 20 N, cual es la cantidad de trabajo que ha hecho?

W= F x D• Trabajo = fuerza x

distanciaCalcule: Si un hombre

empuja un bloque de hormigón en una distancia de 10 metros con una fuerza de 20 N, cual es la cantidad de trabajo que ha hecho? 200 joules(W = 20N x 10m)

Ejemplos

1.- Un remolcador ejerce una fuerza constante de 4000 N sobre un barco y lo mueve una distancia de 15 m a través del puerto. ¿Qué trabajo realizó el remolcador?

DATOS FÓRMULA CÁLCULOS RESULTADOS

F = 4000N T = F x d T = 4000N X 15m T = 6000J

d =15 m

T = ?

Ejemplo 2

• 1.- Un mensajero lleva un paquete de 35 N desde la calle hasta el quinto piso de un edificio de oficinas, a una altura de 15 m. ¿Cuánto trabajo realiza?

DATOS FÓRMULA CÁLCULOS RESULTADOS

F = 35N T = Fxd T = 35N X 15m T =525 J

d =15 m

T = ?

Cuando no hay trabajo

• Si la fuerza no está en la dirección del desplazamiento, la fuerza no realiza trabajo.

• La tensión de la cuerda es hacia el centro del círculo.

• La pelota se mueve a lo largo de la circunferencia del círculo.

• Por lo tanto, no hay trabajo.

• Usted hace un trabajo al levantar una caja, ya que recorre una distancia del piso hacia arriba y ejerce una fuerza.

• Pero cuando usted lleva esa caja alzada y la traslada no hace trabajo ya que la fuerza va perpendicular a la dirección. Según la figura cuando se lleva una caja en una habitación, la fuerza sobre la caja es perpendicular a la dirección de la caja. Ningún trabajo se hace en la caja por la fuerza de sujeción hacia arriba.

Conclusión

El trabajo se define como el producto de la fuerza y la distancia a través del cual la fuerza mueve un objeto en la dirección de la fuerza.

PowerLa potencia es la velocidad a la que se realiza

trabajo.

Potencia = Trabajo * / Tiempo * (fuerza x distancia)

La unidad de potencia es el Watts. ( W )

Pensemos

1.Dos estudiantes de física, Ben y Bonnie, se encuentran en la sala de pesas. Bonnie levanta la barra de 50 kg sobre su cabeza (aproximadamente a una distancia de 0,60 m) 10 veces en un minuto, Ben levanta la barra de 50 kg a la misma distancia sobre su cabeza 10 veces en 10 segundos.• ¿Qué estudiante hace el mayor trabajo?• ¿Qué estudiante entrega la mayor parte del poder?• Explique sus respuestas.

Ben y Bonnie no hacen la misma cantidad de trabajo sino que aplican la misma fuerza para levantar la misma barra a la misma distancia por encima de sus cabezas.Sin embargo, Ben es el más poderoso ya que hace el mismo trabajo en menos tiempo.Potencia y el tiempo son inversamente proporcionales.

2. Cuánta potencia se necesita para mover una masa de 10 kg con una aceleración de 2 m / s² una distancia de 10 metros en 5 segundos Este problema requiere el uso de las fórmulas para la fuerza, el trabajo, y la potencia en el orden correcto.

Fuerza = masa x aceleración 10Kg x 2 m / s² Fuerza =20 NTrabajo = fuerza x distanciaWork = 20 N x 10mWork = 200 JoulesPotencia = Trabajo / Tiempo P= 200J / 5sP= 40 watts

• Energía le informa acerca de la posición y velocidad.

• Sin embargo, no contiene ninguna información sobre el tiempo.

• La potencia es la velocidad a la que la energía se transfiere o se transforma.

• La forma de hacer el trabajo

Matemáticamente

• En las unidades del SI, se utiliza el vatio o watts:

• 1 W = 1 J / s.• En unidades inglesas, usamos caballos de

fuerza:• 1 hp = 746 W

Energía

• La energía se define como la medida de la capacidad de un sistema para realizar trabajo.

• Utilizamos el símbolo E para representar la energía.

• Energía tiene las mismas unidades que el trabajo:

• Joule para SI, pies · libras en el sistema Inglés

Energía

Hay varios tipos de energía:La energía cinética es la energía asociada al movimiento de un objeto. Usamos el símbolo de KE.

Energía

La energía potencial es la energía asociada con la posición del sistema o la orientación. Utilizamos el símbolo PE.

Energía cinética

La fórmula de la energía cinética es:

Donde: m= es la masa del objeto v= es la velocidad

Energía cinética

• En el Ejemplo 3.5 calculamos el trabajo que se realiza en un coche de 1.000 kg, ya que acelera de 0 a 27m/s. Encuentre la energía cinética del vehículo cuando La energía cinética es 27m / s.

RESPUESTA:El problema nos da:

Ejemplo 3.5

DISCUSIÓN:Esto es igual al trabajo (ideal)que se requiere para mantener al auto a la velocidad requerida.Pudimos determinar la cantidad de trabajo requerido para encontrar la energía cinética del auto.Esta es la idea de conservación de la energía.

ENERGÍA POTENCIAL:

La energía potencial implica que debe haber un potencial para realizar un trabajo.• El trabajo puede ser realizado por el cuerpo después de haber

caído a una altura ( h ),por lo tanto el cuerpo tiene una energía potencial igual al trabajo externo necesario para elevarlo. A partir de estos datos se puede calcular la energía potencial

PE= mxgxhm= masag= gravedadh= altura

Energía Potencial gravitacional

La energía potencial gravitatoria es igual al trabajo realizado por la gravedad.Si tiene que levantar un objeto, se debe aplicar una fuerza al menos igual al peso del objeto:• La elevación a través de una distancia d, el

trabajo es:

Energía potencial gravitatoria

• Tenga en cuenta que sólo se ocupan de la distancia a través de la cual un objeto se mueve.

• El ladrillo tiene 14,7 J De EP en relación a la superficie de la mesa.

• Tiene 44,1 J de PE Relación con el piso.

EjemploEjemplo 3.7• Un ladrillo de 3 kg se

eleva a una altura de 0,5 metros por encima de una mesa que es de 1,0 m de altura. Determinar la energía potencial gravitatoria con respecto a la mesa y el piso.

EjemploEjemplo 3.7

El EP en relación a la tabla es la siguiente:

Energía potencial elástica

Repasemos

Según la figura, se esta haciendo un trabajo.Explicación:Usted puede hacer el trabajo en sus músculos, pero no en la pared.

Repaso

El trabajo se realiza en el levantamiento de una barra. ¿Cuánto trabajo se realiza en el levantamiento de una barra de pesas dos veces más pesada a la misma distancia

A. Dos veces como mucho.B. La mitad como mucho.C. El mismo.D. Depende de la velocidad del que alza la barra.Explicación:Esto está de acuerdo con el trabajo = fuerza x distancia. Dos veces la fuerza por la misma distancia que significa dos veces la labor realizada en la barra.

RepasoUn trabajo que se puede hacer lenta o rápidamente. Ambos pueden requerir la misma cantidad de trabajo, pero diferentes cantidades de:A. energía.B. impulso.C. poder.D. impulso.Comentario:La potencia es la velocidad a la que se realiza trabajo.

Repaso¿ Un auto se eleva en una plataforma ,para reparaciones en una estación de servicio aumentara la energía potencial en relación al suelo?Sí.No.A veces.No hay suficiente información.

Comentario: Si el auto es dos veces más pesado, el aumento de la energía potencial sería el doble.