GRADO:10° TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA

TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA

  

GRADO:10°

TRABAJO

En mecánica clásica, se dice que una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo  de manera acelerada. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra  (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía, nunca se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW.

             

Trabajo realizado por una fuerza constante.
Magnitud	Trabajo (W)
Definición	Producto de la fuerza ejercida sobre un cuerpo por su desplazamiento
Tipo	Magnitud escalar
Unidad SI	Julio (J)
Otras unidades	Kilojulio (kJ) Kilográmetro (kgm)

LAS FUERZAS, TRABAJO, POTENCIA y ENERGÍA

LAS FUERZAS

 El mundo está gobernado por una serie de fenómenos que suceden a nuestro alrededor sin que nos demos cuenta  de ello o  nos  interesemos por  observarlos en  este caso  observaremos  a  los  fuerzas y  como  se relacionan  con  los  elementos  del  medio,  pero  para estudiarlas  primero  tenemos  que  conocer  algunos conceptos como: el peso que es el  resultado de la interacción entre la tierra y todos los cuerpos que existen sobre ella y se define como el efecto de la  gravedad sobre los cuerpos. Masa es la cantidad de materia que posé un cuerpo,  ambos términos  tienden a  considerarse  iguales pero ambos son magnitudes diferentes, el peso es una fuerza y se  representa con  una flecha  hacia abajo, los  cuerpos que poseen mayor cantidad de masa son más pesados.

CLASES DE FUERZAS: Existen dos clases de fuerzas.

Las fuerzas a distancia: Son aquellas en las que los cuerpos que ejercen la fuerza no están en contacto directo, ejemplos de ellas son: la fuerza de gravedad, y las magnéticas.

Las fuerzas de contacto: Son aquellas  cuando los  cuerpos que la ejercen  están  en contacto como por ejemplo al empujar un baúl o rodamos un carrito de juguete sobre el suelo o también al dar un puntapié al balón de futbol.

Descomposición de una fuerza:  Una fuerza que actúa de forma oblicua sobre un cuerpo, como cuando se tira de un carrito de juguete con una cuerda con un ángulo de al menos 30° hacia la derecha por ejemplo, se le pueden  calcular el valor de la  componente vertical,  hacia arriba  Fy  y  la componente horizontal hacia la derecha Fx. 

EFECTOS DE LOS FUERZAS: Las fuerzas de contacto son acciones ejercida entre los cuerpos y son capaces de:

Producir deformaciones de los cuerpos, cambiando su forma.

Modificando el estado de movimiento o de equilibrio dinámico de un cuerpo, al cambiar su dirección.

Cambiando el estado de reposo o equilibrio estático, al ponerlo en movimiento.

La deformación de un cuerpo, originado por una fuerza depende de tres fenómenos: la intensidad de la fuerza, la superficie que se aplica y las características del cuerpo

FACTORES DE UNA FUERZA: Cuando se aplica una fuerza se pueden observar algunos elementos o factores del cuerpo afectado por la influencia de la fuerza ejercida por otro.

Punto de aplicación: Es la parte del cuerpo donde se está aplicando la fuerza.

Intensidad: Es el valor o la magnitud escalar de la fuerza ejercida, se usa el dinamómetro  para medir el valor de esta.

Sentido: Señala hacia que sitio se ejerce la fuerza (arriba, abajo, derecha etc.)     

Dirección: Nos indica la forma en que se ejerce la fuerza (horizontal, oblicua etc.)

                                                         

Las fuerzas pueden medirse en una unidad llamada Newton y la fórmula utilizada para el cálculo es la siguiente:

F = m x a                                           p = m x g

Donde: m es la masa: cuya unidad de medir es el kilogramo (Kg) en Sistema Internacional (SI), el gramo (g) en el sistema C.G.S y el slug en el sistema Inglés.

Donde: a es la aceleración: cuya unidad de medida es m/s2 en el SI, el cm/s2 en el C.G.S. y el pie/s2 en el sistema Inglés.

Donde: F es la fuerza: cuya unidad en el SI es el Newton, en el C.G.S la dina y el inglés es la libra-pie.

La aceleración de la gravedad en el SI es de 9.8 m/s2, en el C.G.S. es de 980 cm/s2, y el sistema Inglés es de 32 pies/s2. 

Ejemplo:

Cuál es la fuerza resultante aplicada a una masa de 50 kg cuya aceleración es de 2 m/s2.

Datos: m = 50 Kg y a = 2 m/s2 incógnita = F

Solución. F = m x a

= 50Kg x 2 m/s2 

F = 100 Kg-m = 100 Newton 

LA FUERZA, EL MOVIMIENTO Y LA MASA:

Todos los cuerpos presentan una resistencia a modificar su estado en que  se encuentra, ya sea en reposo o movimiento lo que se conoce como inercia: que es la tendencia de todos los  cuerpos a conservar su estado de reposo o de movimiento.

La intensidad de una fuerza aplicada a un cuerpo determina su movimiento. Al aplicar una fuerza a un cuerpo que ya está en movimiento, su velocidad cambia, lo que origina una aceleración, esta aceleración da un valor negativo cuando es una desaceleración. De esta explicación se deduce lo siguiente:

1. Si el cuerpo  está  en  reposo  comenzará a moverse si la  fuerza aplicada es grande. Si el  cuerpo está en movimiento  con  una   velocidad  determinada  y  constante,   su velocidad cambiará  si se aplica una fuerza grande. Así a = Vf - Vi/t

2. Cuanto mayor  es la masa  de un cuerpo en  reposo  mayor es la fuerza para  ponerlo en  movimiento. Y   cuanto mayor es la masa de un cuerpo en movimiento mayor será la fuerza para aumentarle o disminuirle su velocidad.

LA FUERZA, El TRABAJO, LA POTENCIA Y LA ENERGÍA: Y SUS UNIDADES DE MEDIDAS:

Al aplicarle una fuerza a  cualquier cuerpo en  reposo o  movimiento produce  cinco fenómenos: movimiento, desplazamiento, trabajo, energía y la potencia. El desplazamiento se puede medir en metros (m), centímetros (cm), o pies. El trabajo se expresa en Newton-metro  (N.m), o Joule (J) o en dinas o  libra-pie. La potencia se mide en N.m/s o J/s  =  Watts o vatios (W) o caballo de fuerza  (HP).  La energía cinética  se expresa en Kgm o Julio  (J),  cada una de las unidades  dependerá del  sistema de  medida o las  unidades  de medidas utilizadas. Veamos algunos ejemplos.

EL TRABAJO:

Ejemplo: Para desplazar un objeto hasta una distancia de 4 metros es necesario aplicar una fuerza constante de 25 N. ¿Cuál será el valor del trabajo desarrollado?

Trabajo: W = F x d

W = 25 N x 4 m o W = 25 N x 4 m

W = 100 N.m o W = 100 J

LA POTENCIA:

La potencia: Es la relación que existe entre el trabajo desarrollado y el tiempo empleado para ejercerlo. Si obtenemos los  datos del  problema  anterior.  ¿Cuál sería la potencia si  tardó  5  segundos  en  realizar el trabajo?

Potencia: P = F x d/t o P = W/t

P = 25Nx4m/5seg o P = 100J/5seg

P = 20 watts P = 20 watts

735 watts = a un HP, si queremos cambiar la potencia a HP sería: 20W/735x1HP= 0.027HP

ENERGÍA:

Energía cinética: La que posee un cuerpo debido a su movimiento, es la capacidad de hacer trabajo y es directamente proporcional tanto a la masa como a la velocidad.

Energía cinética Ec = ½ x m x v2

Ejemplo: ¿De cuanto es la energía cinética de un auto cuya masa es 2000 kilogramos viajando a una velocidad de 20 m/seg?

Ec = ½ x m x v2

Ec = ½ x 2000 Kg x (20 m/s)2

Ec = ½ x 2000 Kg x 400 m2/s2

Ec = 400,000 Kgm

Energía potencial: Es la que posee un cuerpo debido a la posición (altura).

Energía potencial: Ep = m x g x h o Ep = p x h

Ejemplo: Cuál es la energía potencial de un cuerpo cuya masa es 5 kilogramos que se localiza a una altura de 5 metros.

EP = m . g . h o Ep = p . h

Ep = 5Kg x 9.8m/s2 x 5 m o Ep = 49 Kg x 5 m

Ep = 245 Kgm o Ep = 245 Kgm

Energía mecánica:

La  energí a mecánica es el  resultado de  la energía  cinética y  la  energía potencial,  por lo  tanto la energía mecánica es la suma de ambas energía así. Em=Ec+Ep, Según la fórmula:

1. Si la energía cinética aumenta la energía potencial disminuye.

2. Si la energía potencial aumenta la energía cinética disminuye.

Esto se debe al principio de conservación de la energía que dice: La energía no se crea ni se destruye solamente se transforma.

GRÁFICAS

VÍDEO

RESUELVE DE ENERGÍA, POTENCIA Y TRABAJO.

      1.   Indicar el trabajo necesario para deslizar un cuerpo a 2 m de su posición inicial mediante una fuerza de 10 N.

       2.  Calcula la energía cinética de un coche de 500 kg de masa que se mueve a una velocidad de 100 km/h.

3.   Una bomba eléctrica es capaz de elevar 500 kg de agua a una altura de 25 metros en 50 segundos. Calcula:

La potencia útil de la bomba.

4.   Calcula la energía potencial gravitatoria de un cuerpo de 30 kg de masa que se encuentra a una altura de 20 m.

5.   La constante elástica del muelle es 100 N/m. Determina la energía potencial elástica del mismo si se ha comprimido una longitud de 10 cm.

6.   Calcula la energía cinética de un vehículo de 1000 kg de masa que circula a una velocidad de 120 km/h.

7.   Calcula la energía potencial de un saltador de trampolín si su masa es de 50 kg y está sobre un trampolín de 12 m de altura sobre la superficie del agua.

  

      8.    Una fuerza de 100 N actúa sobre un cuerpo que se desplaza a lo largo de un plano  horizontal en la misma dirección del movimiento formando un ángulo de 0º. Si el cuerpo se desplaza 20 m. ¿Cuál es el trabajo realizado por dicha fuerza?

    

          9.   Calcula el trabajo realizado por una fuerza de 807 N para desplazar un  cuerpo de                     20m. La fuerza y el desplazamiento forman un ángulo de 39º.

Tarea:

Como se clasifica la energía mecanica

Cuales son los factores de una fuerza

Cuales son las clases de una fuerza

Cuales son los efectos de una fuerza