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La energía mecánica es la
capacidad que tiene un cuerpo de
realizar movimiento, se caracteriza
cuando un objeto tiene energía y
puede producir un cambio en si
mismo o en sus alrededores.
La energía es necesaria e importante
para la vida cotidiana moderna. No
podemos imaginar lo que ocurriría en
nuestras ciudades si de pronto
desaparecieran todas las formas y
fuentes de energía
Las transformaciones de tipo mecánico se denominan energía mecánica
y son la parte de la física que estudia el equilibrio y el movimiento de los
cuerpos sometidos a la acción de fuerzas
La madera fue el primer combustible conocido,
siendo de gran utilidad en todo el mundo y se
encuentra en riesgo por el abuso y la explotación
irracional.
El carbón mineral cuyo elemento principal es el
carbono se puede llamar también “diamante
negro” por su importante reserva de combustible.
El carbón vegetal: producto de la transformación
de la madera que no sirve para la combustión
El agua: se utiliza para generar energía en muchas
partes del mundo, se convierte la energía del agua
que corre en movimiento circular o de rotación
Petróleo también llamado oro negro; es la fuente
de energía mas importante del mundo, por su uso
y por los productos que se obtienen de el.
Gas natural formado por átomos de carbono
he hidrogeno de los cuales otros elementos
son el metano, etano ,propano y butano y
finalmente se extrae de la tierra
La energía nuclear; energía liberada por
los átomos, de hecho la mas poderosa
que se conoce, es la fusión y fisión del
choque controlado de átomos
Los cuerpos que esta en movimiento pueden realizar un trabajo sobre
otro con el que están en contacto. Es una forma de energía cinética es la
capacidad que un cuerpo posee para realizar un trabajo debido a su
movimiento y se deduce que el trabajo efectuado por una fuerza
resultante que actúa sobre un cuerpo es igual al cambio de energía
cinética del mismo. Y lo podemos encontrar en nuestra vida cotidiano
como lo es el cuerpo en movimiento de un avión, una bicicleta un balón
de futbol etc.…
La energía cinética se mide en función de la ecuación:
Ec= 1/2 mv2
donde:
Ec= Energía cinética
m= masa del cuerpo
v= velocidad del cuerpo
Unidades de la energía cinética.A partir de la formula de la energía cinética, sustituimos las
unidades de los sistemas internacional e inglés:
La energía potencial es la capacidad que tienen los cuerpos para
realizar un trabajo en función de su posición o configuración. En la
vida cotidiana lo podemos encontrar y un ejemplo de ello es: una
pala que esta arriba de la mesa y cae al suelo, tiene menos energía
potencial que una que cae desde el techo.la gravedad es la misma
la masa de la pala es la misma pero, al ser mayor la altura mayor
será la energía potencial
Hay varios tipos de energía potencial:
a) Energia elastica, posee un muelle estirado o comprimido.
b) Energia quimica, posee un combustible capaz de liberar calor.
c) Energia electrica, posee un condensador cargado capaz de
encender una lampara.
La energía potencial se mide en función de la ecuación:
Ep=T
Como T= wh= mgh, entonces:
Ep= wh= mgh
donde:
Ep=Energía potencial
m= Masa del cuerpo
g= Aceleración gravitacional
h= Altura del cuerpo
2.-
3.-
La palabra trabajo tiene diversos significados. En física, el
concepto de trabajo es muy preciso y específico: es el producto
de la magnitud de una fuerza constante aplicada a un cuerpo
por la distancia que esta se desplaza en la dirección de la fuerza.
Su formula es:T= Fd
Donde:
T= trabajo desarrollado
F= fuerza constante paralela al desplazamiento dd= desplazamiento neto del objeto
El trabajo es una magnitud escalar, es decir, no tiene dirección ni
sentido.
En la figura se observa que el caballo, al jalar
la carreta, ejerce una fuerza F que forma un
ángulo θ (que es el ángulo entre la dirección
de la fuerza y el desplazamiento).
La componente en x de la fuerza es la que
produce el trabajo, por ser paralela al
desplazamiento d. Esto es Fx= Fcosθ, lo que
nos da un trabajo de:
Unidades con que se mide el trabajo.
Sistema internacional: T= Fd [Nm]=[1 Joule]=[1J]
Un Joule (J) es el trabajo que se realiza cuando una fuerza
constante de 1 Newton desplaza a un cuerpo una distancia de 1
metro
Sistema inglés: T= Fd [Lb ft]
La lb ft indica el trabajo que se realiza cuando una fuerza constante
de una libra desplaza a un cuerpo una distancia de 1 pie.
La equivalencia entre las dos unidades del trabajo es: 1J= 0.738 lb ft
¿Cuál es el trabajo que desarrolla una persona para mover el carrito del
supermercado si le aplica una fuerza constante de 10 N a un ángulo de
40° para desplazarlo a una distancia de 12 m?
DATOS: FORMULA: DESARROLLO:
F= 10 N
θ= 40° T= Fdcosθ T= Fdcosθ= (10 N)(12 m)(cos40°)= 91.92 J
d= 12 m
*Una caja de detergentes pesa 40 kg, se arrastra 30 m sobre un piso
horizontal cuando una persona le aplica una fuerza constante de
100 N a un ángulo de 60°. El piso, que es áspero, le ejerce una
fuerza de fricción de 30 N. Calcula:
a) El trabajo que realiza cada fuerza que actua sobre la caja.
b) El trabajo neto de la caja.
DATOS: FORMULA:
m= 40 N
d= 30 T= Fdcosθ
Fc= 100 N T= wh= mgh
θ= 60°
fk= 30 N
T= ? de cada fuerza
Tneto= ?
a) Del diagrama de cuerpo libre podemos observar que la fuerza
normal y el peso son perpendiculares al desplazamiento, por lo que: θ=
180°; entonces:
Tw= wdcos90°=0
TN= Ndcos90°= 0
Tc= (100 N)(30 m)cos60°= 1500 N
Tfk= (30 N)(30 m)cos180°= -900 N
b) Trabajo neto es la suma algebraica de los trabajos realizados:
Tneto= Tw + TN + Tc + Tfk
Tneto= 0 +0 + 1500 N +(-900 N)= 600 N
La potencia es el trabajo realizado en la unidad de tiempo. En la
mayoría de los procesos de intercambio energético o realización de
trabajo, un factor importante es el tiempo empleado en el proceso. Por
ejemplo, si observamos aparatos como un refrigerador, una secadora,
un foco, que consumen energía eléctrica y la transforman para
calentar, enfriar e iluminar, la magnitud física que relaciona la energía
eléctrica consumida en la unidad de tiempo se llama potencia. Se
aplica a cualquier proceso de transferencia energética.
La potencia se define como la rapidez con que se realiza un trabajo.
Su formula es:
donde:
P= potencia desarrollada
T= tiempo realizado
t= tiempo empleado
Si sustituimos el valor del trabajo, obtenemos otra forma de calcular la potencia:
donde:P= potenciaF= fuerza aplicadad= desplazamientov= velocidad adquiridat= tiempo empleado
Unidades de la potencia.
En el sistema internacional la unidad de potencia es el vatio (W):
En el sistema inglés la unida de potencia es:
Hay otras unidades para medir potencia que tienen mucho uso en la industria: el kilovatio (kW), que equivale a 1000 W, el caballo de fuerza (HP) y el caballo de vapor (CV). Los factores de conversión que se utilizan son:
1 kW= 1000 W= 1.36 CV= 1.34 HP
1 HP= 1.01 CV= 550 = 746 W
1 CV= 736 W
*Un elevador de 300 kg sube a una altura de 100 m en 3min a
velocidad constante. ¿Cuánto aumenta si Ep? Calcula la potencia
desarrollada en HP.
DATOS: FORMULAS:
m= 300 kg
h= 100 m T= Ep= Fh= wh= mgh
Ep= ?
P= ? (HP)
DESARROLLO:
El trabajo desarrollado es igual a la energía potencia, entonces:
*Un remolque que desarrolla una potencia de 40 HP jala una caja con
una velocidad constante de 15 m/s a lo largo de un camino horizontal.
Si el coeficiente de fricción entre el camino y la caja es de 0.15, calcula
la masa de la caja.
DATOS: FORMULAS: DESARROLLO:
P= 40 HP P= Fv P= Fv
v= 15 m/s ΣF= ma
µk= 0.15 fk= µkN
m= ? W= mg
Aplicamos la segunda ley de Newton con velocidad constante:
ΣF= 0
F- fk= 0
F= fk= µkN= µkmg
Contesta estos problemas de trabajo y la energía potencial:
1. Un estudiante sale de excursión y sube por una vereda llevando a
cuestas una mochila de 20 kg. Después de 30 min se encuentra 30 m
mas arriba de su punto de partida:
a) ¿Cuál es el peso de la mochila?
b) ¿Qué trabajo se realizó sobre la mochila?
c) Si el estudiante pesa 650 N, ¿Cuál es el trabajo total realizado?
2. Un jardinero aplica una fuerza horizontal constante de 150 N para
empujar una carretilla 60 m con velocidad constante durante 20 s.
a) ¿Qué trabajo desarrolla?
b) Calcula la potencia en kilovatios y en HP.
3. ¿Qué trabajo realiza un motor de 400 vatios en 5 minutos?
4. Una bomba eleva 30 litros de agua por minuto desde una
profundidad de 100 m. ¿Cuál es la potencia que gasta en vatios y
en HP?
Angulo Barraza Ana Cristina.Herrera Zarate Luis Fernando.Martínez Martínez Viridiana.Ortiz Loaiza Martha Alicia.Rangel Cruz Martha Karina.
4to. “A”
Vespertino
Comunicación.
