UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

NOMBRE: MALAVER URIARTE ROBERT AXL

PROFESOR: ALEJANDRO CHACHA CORTES

CURSO: FISICA.

TEMA: ENERGIA, POTENCIA Y SUS APLICACIONES A LA INGENIERIA.

AÑO: PRIMERO

SECCION: “B”

CAJAMARCA, 12 DE JULIO DE 2014

INDICE

Portada_____________________________1

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Índice_______________________________2

Introduccion__________________________3

Tipos de energía ______________________ 4-6

Energía cinética_______________________ 7

Energía potencial______________________8

Energía potencial elástica_______________9

Aplicaciones de la energía y

la potencia a la ingeniería_______________10-12

Conclusiones_________________________13

Bibliografía___________________________13

INTRODUCCION

La energía:

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El concepto de energía está relacionado con la capacidad de generar movimiento o lograr la transformación de algo.

Para la física, que es el tema de interés de este informe la energía es una magnitud abstracta  que está ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. Se trata de una abstracción que se le asigna al estado de un sistema físico. Debido a diversas propiedades (composición química, masa, temperatura, etc.), todos los cuerpos poseen energía.Un campo este, el de la física, que nos lleva a determinar que en el mismo se produce la mención a diversos tipos de energía. En concreto, tendremos que hacer frente a dos: la cuántica y la clásica.

Pueden detallarse diversos tipos de energía según el campo de estudio. La energía mecánica, por ejemplo, es la combinación de la energía cinética  (que genera a partir del movimiento) y la energía potencial (vinculada a la posición de un cuerpo dentro de un campo de fuerzas).

Objetivo General:

Definir de forma consciente el concepto de energía y reconocer su importancia.

Objetivos específicos:

Identificar qué tipos de energía existen. Conocer cuáles son sus aplicaciones a la ingeniería.

Tipos de energía:Energía eléctrica

Se denomina energía eléctrica a la forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos, lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos (cuando se les coloca en contacto por medio de un conductor eléctrico) para obtener trabajo.

Energía luminosa

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La energía lumínica o luminosa es la energía fracción percibida de la energía transportada por la luz y que se manifiesta sobre la materia de distintas maneras, una de ellas es arrancar los electrones de los metales, puede comportarse como una onda o como si fuera materia, pero lo más normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia de forma material o física.

Energía mecánica

La energía mecánica es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energías potencial, cinética y la energía elástica de un cuerpo en movimiento. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo.

Energía térmica

Se denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor. Puede ser obtenida de la naturaleza, a partir de la energía térmica, mediante una reacción exotérmica, como la combustión de algún combustible; por una reacción nuclear de fisión o de fusión; mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto termoeléctrico; o por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o químicos. Asimismo, es posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en forma de energía térmica, como la energía geotérmica o la energía solar fotovoltaica.

Energía eólica

Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es transformada en otras formas útiles para las actividades humanas. La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero .

Energía solar

La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.

Energía nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos

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atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

Energía cinética

Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación E = 1mv2, donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.

Energía potencial

La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo, dependiendo de la configuración que tengan en un sistema de cuerpos que ejercen fuerzas entre sí. Puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar.

Energía química

La energía química es la energía acumulada en los alimentos y en los combustibles. Se produce por la transformación de sustancias químicas que contienen los alimentos o elementos,  posibilita  mover objetos o  generar otro tipo de energía.

Energía hidráulica

Se denomina energía hidráulica o energía hídrica a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, en caso contrario es considerada sólo una forma de energía renovable.

Energía sonora

La energía sonora es aquella que se produce con la vibración  o el movimiento de un objeto, que hace vibrar también el aire que lo rodea y esa vibración se transforma en impulsos eléctricos  que en el cerebro se interpretan como sonidos.

Energía iónica

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La energía de ionización es la cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental.

Energía geotérmica

La energía geotérmica es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra

Energía electromagnética

La energía electromagnética es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las intensidades de campo magnético y campo eléctrico. En un punto del espacio la densidad de energía electromagnética depende de una suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de campo.

Energía libre

Parte de la energía total de un cuerpo susceptible de transformarse produciendo trabajo.

Energía magnética

Es la energía que desarrollan la tierra y los imanes naturales. La energía magnética terrestre es la consecuencia de las corrientes eléctricas telúricas producidas en la tierra como resultado de la diferente actividad calorífica solar sobre la superficie terrestre, y deja sentir su acción en el espacio que rodea la tierra con intensidad variable en cada punto.

ENERGIA CINETICA

La energía cinética como el trabajo es una magnitud escalar. La energía cinética de un cuerpo móvil depende solo del valor de su velocidad y no la dirección en la que se esté moviendo, ni del proceso particular por el cual se ha puesto en movimiento.

La ecuación que representa a la energía cinética es:

E c   =   1 / 2 •  m •  v ²

Que también se puede expresar en función a la cantidad de movimiento:

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E c = p²/2m

Ejemplo:

Un cuerpo de 200 N se desliza por un plano inclinado de 15 m de largo y 3,5 de alto, calcular:

a) ¿Qué aceleración adquiere? b) ¿Qué energía cinética tendrá a los 3 s? c) ¿Qué espacio recorrió en ese tiempo?

Datos:

P = 200 N

l = 15 m

h = 3,5 m

t = 3 s

a) En el eje "x":

Σ Fx = m.a

Px = m.a

Pero:

Px = P.sen α

m.a = P.sen α

m.a = m.g.sen α

a = g.sen α

Por otra parte:

Sen α = 3,5 m/15 m = 0,233

a = 9,807 (m/s²).0, 233

a = 2,29 m/s²

b) Suponiendo que parte del reposo:

Vf = a.t

Luego:

E c = ½.m.vf²E c = ½.m. (a.t)²

E c = ½. (200 N/9,807 m/s²).(2,29 m/s².3 s)²

E c = 480,54 J

c)

e = ½.a.t²

e = ½.2, 29 m/s². (3 s)²

e = 10,29 m

ENERGIA POTENCIAL

El comportamiento especial de las fuerzas conservativas permite definir una nueva magnitud, la energía potencial.

“El trabajo realizado por una fuerza conservativa al desplazar un cuerpo entre dos puntos dados es igual a la diferencia de energía potencial cambiada de sino”

Todo cuerpo que se ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial.

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Esta afirmación se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso. El movimiento o deformación será tanto mayor cuanto mayor sea al altura desde la cual cae el objeto.

Para una misma altura, la energía del cuerpo dependerá de su masa. Aplicando una fuerza, esta energía puede ser transferida de un cuerpo a otro y aparecer como energía cinética o de deformación. Sin embargo, mientras el cuerpo no descienda, la energía no se manifiesta: es energía potencial.

Todos los cuerpos tienen energía potencial que será tanto mayor cuanto mayor sea su altura. Como la existencia de esta energía potencial se debe a la gravitación (fuerza de gravedad), su nombre más completo es energía potencial gravitatoria.

Expresada por la siguiente ecuación:

E p  =   m · g · h

Ejemplo:

 Sabiendo que cada piso de un edificio tiene 2,3 m y la planta baja 3 m, calcular la energía potencial de una maceta que, colocada en el balcón de un quinto piso, posee una masa de 8,5 kg.

Desarrollo

h = 2,3 m.4 + 3 m = 12,2 m

El balcón del 5° piso es el techo del 4° piso

E p = m.g.hE p = 8,5 kg.9, 807 (m/s²).12, 2 m

E p = 1017 J

ENERGIA POTENCIAL ELASTICA

Se denominan fuerzas elásticas a aquella que cumple la ley de Hooke:

“Las fuerzas elásticas son aquellas cuyo valor es proporcional a la distancia a un punto fijo, llamado punto de equilibrio, y dirigida hacia dicho punto”

F = -k x

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El ejemplo más conocido de la fuerza elástica es la fuerza que ejerce un muelle o resorte. La fuerza elástica también es una fuerza conservativa y la expresión que determina su energía potencial es:

E p (elástica) = ½ k x ²

Ejemplo. Una fuerza de 540 N estira cierto resorte una distancia de 0.150 m ¿Qué energía potencial tiene el resorte cuando una masa de 60 Kg cuelga verticalmente de él?

Para conocer la energía potencial elástica almacenada en el resorte, se debe conocer la constante de fuerza del resorte y su deformación causada por el peso de la masa de 60 Kg.

Una fuerza de 540 N estira el resorte hasta 0.150 m. La constante de fuerza es:

k = Fe / x = 540 N / 0.150 m = 3600 N / m.

Luego, la deformación x del resorte causada por el peso del bloque es:

x = Fe / k = (m*g) / k

x = ((60 Kg)*(9.8 m/s^2)) / (3600 N/m) = 0.163 m

La energía potencial elástica almacenada en el resorte es:

Uel = 1/2 * (3600 N/m) * (0.163 m) ^2 = 47.82 J

Ejemplo. Un resorte tiene una constante de fuerza k = 1200 N/m, ¿Cuánto debe estirarse el resorte para almacenar en él 80 J de energía potencial?Se tiene el valor de la energía potencial elástica y la constante de fuerza del resorte. De la ecuación de energía potencial:

APLICACIONES DE LA ENERGIA Y LA POTENCIA A LA INGENIERIA CIVIL

ENERGIA:

Primera aplicación: Disipación de energía:

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Está basada en la idea de colocar en la estructura dispositivos destinados a aumentar la capacidad de perder energía de una estructura durante un terremoto. Toda estructura disipa o elimina la energía de un sismo mediante deformaciones. Al colocar un dispositivo de disipación de energía en una estructura, estos van a experimentar fuertes deformaciones con los movimientos de la estructura durante un sismo. Mediante estas fuertes deformaciones se incrementa notablemente la capacidad de disipar energía de la estructura con una reducción de las deformaciones de la estructura. Estos dispositivos se conocen como disipadores de energía o amortiguadores sísmicos y pueden ser de diversas formas y principios de operación. Los más conocidos son en base a un elemento viscoso que se deforma o con un elemento metálico que logra la fluencia fácilmente.

Segunda aplicación: En la construcción de carreteras. Es importante conocer la energía cinética que alcanzará el flujo de tránsito que circulará por dicha vía, con esto se planifica la distancia de las rectas y con ellas el radio de las curvas e inclinación de carretera, tipo de pavimento, etc., esto de acuerdo al tamaños de los vehículos permitidos para circular.

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Tercera aplicación: También podría ser la energía solar la cual se puede utilizar en lugares bastante aislados de la ciudad, el ingeniero optara por aprovechar la energía del sol a través de los paneles solares, los cuales generarían electricidad.

Cuarta aplicación: Aislación sísmica de base – Está basada en la idea de aislar una estructura del suelo mediante elementos estructurales que reducen el efecto de los sismos sobre la estructura. Estos elementos estructurales se denominan aisladores sísmicos y son dispositivos que absorben mediante deformaciones elevadas la energía que un terremoto transmite a una estructura. Estos dispositivos pueden ser de diferentes tipos y formas, los más conocidos son los basados en goma de alto amortiguamiento, goma con núcleo de plomo, neoprenos o fricciónales. Al utilizar estos elementos, la estructura sufre un cambio en la forma como se mueve durante un sismo y una reducción importante de las fuerzas que actúan sobre ella durante un sismo.

Efecto de un sismo en un edificio

Efecto de un sismo en un edificio con aislación de base

Quinta aplicación: Energía Solar Térmica. Se recepciona la energía del sol, se acumula y distribuye hasta los puntos de consumo con destino a: calefacción, refrigeración, ventilación, agua caliente, cocinas solares, tratamiento de aguas, etcétera. Lo más destacable de este tipo de aprovechamiento es el uso de sistemas pasivos que, en ocasiones, imitan a la propia naturaleza.

POTENCIA:

Primera aplicación: TRABAJOS LLENADO DE ZANJAS CON CONCRETO. LA POTENCIA SE MIDE EL VOLUMEN DE MATERIAL DE CONCRETO POR SU DESPLAZAMIENTO DE UN LUGAR A OTRO (DESDE LA MEZCLADORA HASTA EL LLENADO DE ZANJAS). ES DECIR LA FUERZA EMPLEADA (PESO DEL MATERIAL DE CONCRETO) POR SU DESPLAZAMIENTO HASTA LA ZANJA ENTRE EL TIEMPO QUE SE REALIZA LOS TRABAJO.

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Segunda aplicación:

TRABAJOS DE COLOCACION DE LADRILLO. LA POTENCIA SE MIDE EL VOLUMEN DE LADRILLOS POR SU DESPLAZAMIENTO DE UN LUGAR A OTRO (DESDE LOS ALMACENES HASTA EL MURO). ES DECIR LA FUERZA EMPLEADA (PESO DEL LADRILLOS) POR SU DESPLAZAMIENTO ENTRE EL TIEMPO EMPLEADO.

Tercera aplicación:

TRABAJOS DE MOVIMIENTO DE TIERRAS EN CARRETERAS. LA POTENCIA SE MIDE EL VOLUMEN ESCAVADO POR SU DESPLAZAMIENTO DE UN LUGAR A OTRO (DESDE LA ZONA DE TRABAJO HASTA LOS LUGARES LLAMADOS BOTADEROS). ES DECIR LA FUERZA EMPLEADA (PESO DEL TERRENO NATURAL) POR SU DESPLAZAMIENTO ENTRE EL TIEMPO EMPLEADO.

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Cuarta aplicación:

.- TRABAJOS DE COLOCACION DE ASFALTO EN CARRETERAS. LA POTENCIA SE MIDE EL VOLUMEN COLOCADO DE ASFALTO POR SU DESPLAZAMIENTO DE UN LUGAR A OTRO (DESDE LA PLANTA QUE SE FABRICA EL ASFALTO HASTA LA ZONA DE TRABAJO). ES DECIR LA FUERZA EMPLEADA (PESO DEL TERRENO NATURAL) POR SU DESPLAZAMIENTO ENTRE EL TIEMPO EMPLEADO.

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CONCLUSIONES

Se logró identificar el concepto de energía, los tipos de energía que existen.

Se reconoció las aplicaciones de la energía y de la potencia en la ingeniería civil

Bibliografía

Sears-Zemanski: Física Universitaria, tomo I. http://www.fisicanet.com.ar/fisica/trabajo_energia http://www.slideshare.net/baquerole/2-bach-mecanica http://www.profesorenlinea.cl/fisica/EnergiaCinetica.htm

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