TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE

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Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

I. OBJETIVOS

� Calcular el trabajo a partir de las medidas de la fuerza y desplazamiento.

� Entender el concepto de trabajo y reconocer su principal importancia en la

generación de los movimientos.

II. MARCO TEORICO

En la definición de trabajo cabe destacar dos factores:

1- Sin desplazamiento no hay trabajo.

Cuando sostenemos una maleta en la mano, no existe trabajo porque no hay

desplazamiento.

2- El desplazamiento ha de producirse en la

Todo desplazamiento perpendicular a la dirección de la fuerza no implica

realización de trabajo.

Podemos definir matemáticamente el trabajo como el producto de la Fuerza

aplicada por el desplazamiento efectuado, si la fuerza y el

la misma dirección:

Trabajo = Fuerza x Desplazamiento

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S

Calcular el trabajo a partir de las medidas de la fuerza y desplazamiento.

Entender el concepto de trabajo y reconocer su principal importancia en la

movimientos.

MARCO TEORICO

En la definición de trabajo cabe destacar dos factores:

Sin desplazamiento no hay trabajo.


El desplazamiento ha de producirse en la dirección de la fuerza.


realización de trabajo.


aplicada por el desplazamiento efectuado, si la fuerza y el desplazamiento tienen

Trabajo = Fuerza x Desplazamiento

W =F.∆x

FISICA EXPERIMENTAL II

1

Calcular el trabajo a partir de las medidas de la fuerza y desplazamiento.

Entender el concepto de trabajo y reconocer su principal importancia en la


dirección de la fuerza.



desplazamiento tienen



Hay que destacar que F (Fuerza), es la

actúa sobre el cuerpo, y que en este caso, es una

Cuando la trayectoria es rectilínea, el desplazamiento coincide con el espacio

recorrido y por lo tanto se puede decir que:

Solamente hace trabajo la componente de la fuerza que coincide con la dirección

de desplazamiento. Véase el dibuj

Si la dirección de la fuerza para mover el baúl forma un cierto ángulo con la

dirección del desplazamiento, solo se aprovecha la componente de la fuerza que

coincide con la dirección del desplazamiento.

En el sistema internacional SI, la unidad

(J), que es definido como el trabajo hecho al aplicar una fuerza de 1 Newton, para

producir un desplazamiento de 1 metro en la misma dirección de la fuerza.

1 Joule = 1 Newton x 1 metro; 1J=1N*1m

El Trabajo es máximo y positivo, si la dirección y sentido de la fuerza

coinciden con los del desplazamiento.



F (Fuerza), es la fuerza neta, es decir la resultante que

actúa sobre el cuerpo, y que en este caso, es una fuerza constante

trayectoria es rectilínea, el desplazamiento coincide con el espacio

recorrido y por lo tanto se puede decir que:

Trabajo = Fuerza x espacio


de desplazamiento. Véase el dibujo:



coincide con la dirección del desplazamiento.

En el sistema internacional SI, la unidad utilizada para medir al trabajo es el Joule



1 Joule = 1 Newton x 1 metro; 1J=1N*1m

ximo y positivo, si la dirección y sentido de la fuerza

coinciden con los del desplazamiento. Cuando: Ø=0º, WF = +FD


2

es decir la resultante que

fuerza constante.

trayectoria es rectilínea, el desplazamiento coincide con el espacio




utilizada para medir al trabajo es el Joule



ximo y positivo, si la dirección y sentido de la fuerza

= +FD



El trabajo debido a una fuerza es nulo si las dirección del desplazamiento y

de la fuerza son perpendiculares.

El trabajo es negativo si el desplazamiento y la fuerza tienen sentido

contrario (El trabajo hecho por la fuerza de rozamiento es negativo).

Cuando: Ø=180º,WF = -FD

III. MATERIALES

SOPORTE UNIVERSAL




de la fuerza son perpendiculares. Cuando: Ø=90º, WF = 0



FD

MATERIALES

SOPORTE UNIVERSAL NUEZ


3






POLEAS

HOJA MILIMETRADA

LAPIZ



DINANOMETRO

HOJA MILIMETRADA CUERDA

PESA


4

DINANOMETRO

CUERDA

PESA



IV. PROCEDIMIENTO

PRIMER PASO.- realiza el montaje de la figura. La cuerda debe tener unos 70cm

de longitud.

SEGUNDO PASO.- sobre el papel milimetrado traza segmentos que disten entre si

2cm, colócale los números. 0, 2, 4, 6,… Fijarlo sobre la mesa con cinta adhesiva.



PROCEDIMIENTO

realiza el montaje de la figura. La cuerda debe tener unos 70cm

sobre el papel milimetrado traza segmentos que disten entre si



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realiza el montaje de la figura. La cuerda debe tener unos 70cm

sobre el papel milimetrado traza segmentos que disten entre si




TERCER PASO.- sitúa el dinamómetro como indica la figura, de modo que su

gancho esté sobre el 0 de la escala.

CUARTO PASO.- tira suavemente del dinamómetro, hasta que el gancho haya

avanzado 2cm. Observa si la fuerza es constante. Anota el valor de dicha fuerza (F).



sitúa el dinamómetro como indica la figura, de modo que su

e la escala.

tira suavemente del dinamómetro, hasta que el gancho haya



6

sitúa el dinamómetro como indica la figura, de modo que su

tira suavemente del dinamómetro, hasta que el gancho haya




QUINTO PASO.- sigue tirando suavemente del dinamómetro hasta que avance

2cm más. Anota la lectura del dinamómetro (F

SEXTO PASO.- repite los pasos 4 y 5, anotando la lectura del dinamómetro entre

cada 2cm de desplazamiento. Anota los valores: (F



sigue tirando suavemente del dinamómetro hasta que avance

2cm más. Anota la lectura del dinamómetro (F2).

repite los pasos 4 y 5, anotando la lectura del dinamómetro entre

cada 2cm de desplazamiento. Anota los valores: (F3, F4, F5 y F6).


7

sigue tirando suavemente del dinamómetro hasta que avance

repite los pasos 4 y 5, anotando la lectura del dinamómetro entre

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V. RESULTADOS

Fuerzas

Posición

del gancho

d1

Posición

del

gancho d2

Desplazamiento

de las fuerzas

d = d2- d1

Trabajo = Fxd

F1 = 7N 0.00 0.02 0.02 W1 = 7Nx 0.02 = 0.14J

F2 = 17N 0.02 0.04 0.02 W2 = 17Nx0.02 = 0.34J

F3 = 28N 0.04 0.06 0.02 W3 = 28Nx0.02 = 0.56J

F4 = 40N 0.06 0.08 0.02 W4 = 40Nx0.02 = 0.56J

F5 = 49N 0.08 0.10 0.02 W5 = 49Nx0.02 = 0.8J

F6 = 59N 0.10 0.12 0.02 W6 = 59Nx0.02 = 1.18J

VI. SITUACIONES PROBLEMATICAS

1. ¿Cómo son entre si los valores de F1, F2, F3, F4, F5, F6?

F1 < F2 < F3 < F4 < F5 < F6

Estos valores tienen esta relación

Es decir la fuerza F6 es mayor que la fuerza F5 y esta a su vez es mayor que F4 ,

y así sucesivamente, ello es debido al desplazamiento que sufre el resorte

desde el punto (0) cero en los intervalos de distancia de modulo 2.

2. ¿Cómo son los trabajos entre sí: W1, W2, W3, W4, W5, W6?

W1 < W2 < W3 < W4 < W5 < W6

Estos valores tienen esta relación

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Es decir la fuerza W6 es mayor que la fuerza W5 y esta a su vez es mayor que

W4 , y así sucesivamente, ello es debido al incremento de la fuerza que se tiene

para cada intervalo de distancia de modulo 2.

3. ¿Cuál ha sido el desplazamiento total de la fuerza?

El desplazamiento total de la fuerza es el segmento dirigido que une la

posición inicial d1 con la posición final d2 pero en el intervalo de modulo 2 es

decir:

d1 d2

Este valor de desplazamiento d es constante para todo el recorrido que realiza

la fuerza desde 0.00 hasta 0.12 en el papel milimetrado es decir el

desplazamiento total de la fuerza es d = 0.02m

4. ¿Cómo calculas el trabajo total realizado?

El trabajo total realizado será el trabajo neto y se calculara como la suma

de todos los trabajos, es decir.

WT = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6

WT = 0.14J + 0.34J + 0.56J + 0.8J + 0.98J + 1.18J

WT = 4J

5. Si en el experimento la fuerza hubiese sido doble y también

doble el desplazamiento el trabajo hubiera sido………….. veces

mayor.

d = 0,02m



F1

7N

17N

28N

40N

47N

59N 118N

WF* = W1* + W2* + W

WT* = 8J

El trabajo hubiera sido 2 veces el mayor es decir el doble de W

6. A medida que se desplaza el dinamómetro, la

pesa…………………respecto del nivel del suelo.

Veamos el gráfico:

Se acerca



2xF1 2xd W* = Fxd

14N 0.04 0.28J =

34N 0.04 0.68J = W

56N 0.04 1.12J = W

80N 0.04 1.6 J = W

98N 0.04 1.76J = W

118N 0.04 2.36J = W

* + W3* + W4* + W5* + W6*

El trabajo hubiera sido 2 veces el mayor es decir el doble de W

WT* = 2 WT

A medida que se desplaza el dinamómetro, la

pesa…………………respecto del nivel del suelo.

ESTADO INICIAL

ESTADO FINAL


10

W* = Fxd

0.28J = W1*

0.68J = W2*

1.12J = W3*

J = W4*

1.76J = W5*

2.36J = W6*

El trabajo hubiera sido 2 veces el mayor es decir el doble de WT, esto es:

A medida que se desplaza el dinamómetro, la



7. Cuando el dinamómetro esta en reposo tú sientes un tirón

sobre tu mano. ¿en esa situación de reposo

trabajo o solo fuerza?

En la segunda figura observamos que se

desplaza el dinamómetro, la pesa se acerca



ESTADO FINAL

Cuando el dinamómetro esta en reposo tú sientes un tirón

sobre tu mano. ¿en esa situación de reposo

trabajo o solo fuerza?

En la segunda figura observamos que se

desplaza el dinamómetro, la pesa se acerca

más al nivel del suelo.


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Cuando el dinamómetro esta en reposo tú sientes un tirón

sobre tu mano. ¿en esa situación de reposo realizaste



En esa situación solo se realiza fuerza porque la mano esta en reposo, es

decir, sin moverse solo actúa como sujetador es decir solo actúa la fuerza

de la mano y por definición el trabajo es:

8. Si empujas una gran piedra con todas tus fuerzas pero no

logras moverla ¿realizaste trabajo?

Para que la piedra no se mueva se cumple F = m.g

Como no se logra mover la piedra la distancia es nula, luego

9. Sostienes una maleta en tu mano por encima del suelo y ni

tu ni la maleta os movéis ¿realizaste trabajo?





de la mano y por definición el trabajo es:

La mano solo realiza fuerzaLa mano solo realiza fuerzaLa mano solo realiza fuerzaLa mano solo realiza fuerza

Si empujas una gran piedra con todas tus fuerzas pero no

logras moverla ¿realizaste trabajo?


Como no se logra mover la piedra la distancia es nula, luego

Sostienes una maleta en tu mano por encima del suelo y ni

tu ni la maleta os movéis ¿realizaste trabajo?

Wmano = Fmano x d; d =

m.g

Fuerza


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Si empujas una gran piedra con todas tus fuerzas pero no


Como no se logra mover la piedra la distancia es nula, luego ∄ trabajo.

Sostienes una maleta en tu mano por encima del suelo y ni



Cuando sostenemos una maleta en la mano, no existe

hay desplazamiento, suponiendo que permanezca estático y la maleta

también permanece estático sujetado por mi mano.

10. Un cajón es arrastrado por un hombre haciéndole subir

por una pendiente ¿realiza trabajo el hombre?

Como el peso del hombre y el peso del cajón son fuerzas conservativas entonces

el trabajo que realiza el hombre depende de la altura (H) y no de “d” como se

pensaría, luego el hombre realiza trabajo.

H



Cuando sostenemos una maleta en la mano, no existe trabajo porque no


también permanece estático sujetado por mi mano.

Un cajón es arrastrado por un hombre haciéndole subir

por una pendiente ¿realiza trabajo el hombre?



pensaría, luego el hombre realiza trabajo.

(Masa)(Gravedad) d

H

Fuerza

Nivel del suelo


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trabajo porque no


Un cajón es arrastrado por un hombre haciéndole subir



Nivel del suelo

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