UNIDAD 1: MECÁNICA

Liceo Bicentenario Viña del MarFísica – 2° año medioProf. Paula Durán Ávila2° año medio 2013

CAPÍTULO

5:

TRABAJO

Y ENERGÍA

Objetivos: Explicar cómo se manifiestan los

conceptos de trabajo y energía mecánica en situaciones cotidianas.

Analizar la relación existente entre trabajo y cambio de energía

Relacionar los distintos tipos de energía con las propiedades mecánicas de un cuerpo, como posición y velocidad

Fuerzas (F)Interacción entre dos cuerpos Unidad de medida: NEWTON [N]

2° Ley de Newton

Fuerza de gravedad o Peso

En la Tierra

maF mgF

28,9s

mg

Trabajo Mecánico (W)

Magnitud de la fuerza aplicada a un cuerpo y al desplazamiento que experimenta este.

Para que exista un trabajo mecánico DEBE realizarse un desplazamiento (vertical u horizontal)

Ejemplos:

Trabajo Mecánico

xFW Variable Unidad

Trabajo W Joule [J]

Fuerza F Newton [N]

Desplazamiento

Δx

Metros [m]

Casos:

Ejercicio N°1

Para empujar su bicicleta, un peatón aplica una fuerza constante de 20 N, en dirección paralela al piso.

a) ¿Cuánto trabajo sobre la bicicleta realiza el peatón al cruzar una calle de 10 m de ancho?

b) ¿Cuánto trabajo realiza la fuerza de gravedad sobre la bicicleta en el mismo trayecto?

Respuesta:a)200[J]b)0[J]

Ejercicio N°2

Supongamos que se levanta una maleta de masa m=15[kg] hasta una altura de 20[cm] con velocidad constante. Se mantiene esta posición unos segundos y luego se baja hasta el suelo también con velocidad constante ¿Qué trabajo se realiza en cada situación?

Resp:

30[J]

0[J]

-30[J]

Potencia Mecánica (P)

t

WP

Para medir la rapidez con que se realiza el trabajo, se define la potencia

Variable

Unidad

Potencia

P Watts [W]

Trabajo W Joules[J]

tiempo t Segundos [s]

EJERCICIO Nº 3

D Aplicación

12

Una persona arrastra una caja de 60 [kg] a lo largo de 10 [m] con una fuerza de 240 [N]. Luego lo levanta hasta un camión cuya plataforma está a 0,80 [m] de altura. Si el proceso tomó 2 minutos, entonces el trabajo total y la potencia desarrollada por la persona son respectivamente:

A) 1.500 [J] y 3 [W]B) 2.000 [J] y 6 [W]C) 2.400 [J] y 12 [W]D) 2.880 [J] y 24 [W]E) 3.200 [J] y 36 [W]

EnergíaLa energía se define como la

capacidad de un cuerpo para realizar trabajo.

Eólica.Térmica.Química.Eléctrica.Mecánica.Nuclear.

Energía Cinética (Ec)

La energía cinética de un cuerpo es directamente proporcional a su masa y al cuadrado de su rapidez.

Está relacionada con la rapidez del cuerpo.

2C mv

21

E Variable Unidad

Energía E Joule [J]

Masa m [kg]

Velocidad v [m/s]

EJERCICIO Nº 4

Una bala de 50 [g] que se mueve a 200 [m/s] tiene una energía cinética de

A) 1 [J]B) 10 [J]C) 100 [J]D) 500 [J]E) 1.000 [J]

E Aplicación

15

Teorema del trabajo y energía cinética

La energía ganada por un cuerpo es equivalente al trabajo mecánico realizado sobre él.

16

2I

2F

CiCf

C

vvm21

W

EEW

EW

EJERCICIO Nº 5

Un nadador de masa 70[kg] inicialmente tiene una rapidez de 4[m/s]. Si al cabo de un cierto instante su rapidez es de 8[m/s], ¿qué trabajo efectuó?

A) 840 [J]B) 1680 [J]C) 3360 [J]D) 8400 [J]E) 16800 [J]

B Comprensión

17

Energía Potencial

Energía asociada a la fuerza que depende solo de la posición del cuerpo

Tipo de Energía Descripción

Energía Potencial Gravitatoria

Energía que tiene cualquier objeto ubicado a cierta altura por efecto de la atracción semestre

Energía Potencial Elástica

Energía que adquieren los cuerpos que se deforman

Energía Potencial Magnética

Energía que adquiere un cuerpo que es atraído por un imán

Energía Potencial Eléctrica

Energía que adquiere una carga eléctrica en presencia de otra

Energía Potencial Gravitatoria (Epg)Energía que tiene

cualquier cuerpo ubicado a cierta atura y que se debe al efecto de la gravedad terrestre.

Depende del sistema de referenciamghEpg

Variable Unidad

Energía E Joule [J]

Masa m [kg]

Aceleración de gravedad

g [m/s2]

Altura h [m]

Energía Potencial Elástica (Epe)Depende de la deformación de

los cuerpos.

20

2E xk

21

E

Variable Unidad

Energía E Joule [J]

Constante de Elasticidad

k [N/m]

Deformación Δx [m]

POSICIÓN Y ENERGÍA POTENCIAL

21

hx

EJERCICIO Nº 6

Determine la energía potencial de un niño de 60 kg parado en el trampolín de una piscina a 4 metros de altura.a) 240 (J)b) 600 (J)c) 1.200 (J)d) 2.400 (J)e) 6.000 (J)

D Aplicación

22

EJERCICIO Nº 7

Se lanza verticalmente hacia abajo, desde 50 metros de altura, un cuerpo de 2 (kg) con rapidez inicial de 5 (m/s). Determine la energía potencial del cuerpo en el momento de haber sido lanzado.

A) 100 [J]B) 25 [J]C) 1000 [J]D) 400 [J]E) 0 [J]

C Aplicación

23

Ejercicio N°8

Un cuerpo está unido a un resorte de constante 200[N/m], ¿cuál es la energía potencial se el resorte se comprime 0,08[m]?

TRABAJO - ENERGÍA POTENCIAL

El trabajo realizado por la fuerza peso es igual al valor opuesto de la variación de energía potencial gravitatoria.

El trabajo realizado por la fuerza elástica es igual al valor opuesto de la variación de energía potencial elástica.

25

2)xk(x

W

)hmg(hW

EEW

EW2f

2i

fi

PfPi

P

Conceptos AprendidosTrabajo mecánicoPotencia mecánicaEnergía cinéticaEnergía potencial gravitatoriaEnergía potencial elásticaRelación trabajo y energía.