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TRABAJO Y ENERGIA
• EDUARDO PONCE
• EDUARDO PIZARRO
• JOSÉ LUIS LÓPEZ
Trabajo
Se refiere a una actividad que emplea una fuerza y el movimiento en la dirección de la fuerza.
El trabajo, realizado por una agente que ejerce una fuerza constante sobre un sistema, es el producto de la componente de la fuerza a lo largo de la dirección de desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza, por el módulo del desplazamiento
Trabajo realizado por una fuerzaconstante La partícula recorre un desplazamiento cuando
sobre ella actúa una fuerza constante ejercida por el entorno, y que forma un ángulo con
Un objeto se desplaza sobre una superficie horizontal sin fricción. La fuerza normal y la fuerza gravitacional
No trabajan sobre el objeto. En la situación que se muestra aquí,es la única fuerza que realiza trabajo sobre el objeto
Una fuerza constante puede efectuar trabajo positivo, negativo o cero, dependiendo del ángulo entre y el desplazamiento sS
TRABAJO DE FUERZA VARIABLE
Como su nombre lo dice, es aquella fuerza que tiende a cambiar ya sea de magnitud, ángulo, posición, etc. provocando una fuerza distinta a la anterior.
Cuando la fuerza aplicada tiene una inclinación α con respecto al movimiento. W= F (cos α)S
.
TRABAJO DE FUERZA VARIABLE
Trabajo : área bajo la curva de fuerza vs. Desplazamiento
El trabajo total a lo largo de la trayectoria entre los puntos A y B es
𝑊 ≅∑𝑋 𝑖
𝑋 𝑓
𝐹 𝑥∆𝑥
Energía cinética y el teorematrabajo-energía
El trabajo total realizado por fuerzas externas sobre un cuerpo se relaciona con el desplazamiento de éste (los cambios en su posición), pero también está relacionado con los cambios en la rapidez del cuerpo. La relación entre el trabajo total efectuado sobre un cuerpo y la manera en que cambia la rapidez del cuerpo.
Energía cinética y el teorematrabajo-energía
Es la energía que tiene un cuerpo para realizar un trabajo, virtud a su masa y rapidez, en consecuencia un cuerpo posee energía cinética cuando se encuentra en movimiento
La energía cinética de un cuerpo es proporcional a la masa. La energía cinética de un cuerpo es directamente proporcional al cuadrado de su rapidez.
Deducción de la ecuación de energía cinética
Consideremos una partícula:
masa m
eje +x
F neta cte. dirigida hacia +x
a cte. Y esta dada por F=m
Al aplicar esto por m y sustituir ma por la F neta, obtenemos.
Energía potencial.
Consideremos un cuerpo:
Masa m
Eje y
w(peso)=mg
Cae de una altura
Desplazamiento y peso
Es la capacidad que tiene de producir trabajo debido a la posición en la que se encuentra.
Energía potencial gravitacional: La energía potencial gravitacional es la energía que posee un objeto, debido a su posición en un campo gravitacional. El uso mas común de la energía potencial gravitacional, se da en los objetos cercanos a la superficie de la Tierra donde la aceleración gravitacional, se puede presumir que es constante y vale alrededor de 9.8 m/s2
𝑈= h𝑚𝑔
Energía potencial gravitacional para movimiento en una trayectoria curva
El trabajo realizado por la fuerza gravitacional sobre este segmento es el producto escalar de la fuerza y el desplazamiento. =
Energía potencial Elástica:
La energía potencial elástica es energía potencial almacenada como consecuencia de la deformación de un objeto elástico, tal como el estiramiento de un muelle. Es igual al trabajo realizado para estirar el muelle, que depende de la constante del muelle k así como la distancia estirada. La fuerzas requerida para estirar el muelle es directamente proporcional a la cantidad de estiramiento.
Puesto que la fuerza tiene la forma
F = -kxentonces, el trabajo realizado para estirar el muelle, a una distancia x es:
CONSERVACION DE LA ENERGÍA MECÁNICA
El teorema trabajo y energía dice que el trabajo total efectuado sobre el cuerpo es igual al cambio en su energía cinética
Si la gravedad es la única fuerza que actúa, entonces:
Si solo la gravedad realiza trabajo
FUERZA CONSERVATIVAS Y NO CONSERVATIVAS
FUERZAS NO CONSERVATIVAS: No todas las fuerzas son conservativas. El trabajo
realizado por una fuerza no conservativa no puede representarse con una función de energía potencial. Algunas fuerzas no conservativas, como la fricción cinética o la resistencia de fluidos hacen que se pierda o se disipe energía mecánica son fuerzas disipadoras.
FUERZA CONSERVATIVAS Y NO CONSERVATIVAS
FUERZAS CONSERVATIVAS: Una característica de fundamental de las fuerzas
conservativas es que su trabajo siempre es reversible.
Otro aspecto importante de las fuerzas conservativas es que un cuerpo puede moverse del punto 1 al punto 2 siguiendo varios caminos; pero el trabajo realizado por una fuerza conservativa es el mismo para todos.
PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA ENERGIA
Igualando ambos trabajos, obtenemos la expresión del principio de conservación de la energía.
W=
Sistema aislado con fuerzas conservativas.
La energía mecánica de la partícula (E) es la suma de la energia potencial mas cinética y es constante en todos los puntos de su trayectoria.
E=K+U
La fuerza de rozamiento no es conservativa
El trabajo total a lo largo del camino cerrado A-B-A. es distinto es cero.
FUERZAS CONSERVATIVAS El trabajo de la fuerza peso cuando la particula se traslada de A
hacia B, y a continuacion cuando se traslada de B hacia a.
El trabajo total a lo largo el camino cerrado A-B-A es cero
El peso es una fuerza conservativa.
La fuerza que ejerce un resorte es conservativa
𝐹=−𝑘𝑥𝑈𝑟=
12𝑘 𝑥2
POTENCIA La potencia se define como: La rapidez con que se efectúa trabajo, es una
cantidad escalar.
La unidad de potencia es el watt.
Si se realiza un trabajo en un intervalo el trabajo medio efectuado por unidad de tiempo o potencia media Pmed se define como: