TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE
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TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Document Transcript

  • 1. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE 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. MARCOTEORICO 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 TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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. MARCOTEORICO En la definición de trabajo cabe destacar dos factores: Sin desplazamiento no hay trabajo. Cuando sostenemos una maleta en la mano, no existe trabajo porque no hay El desplazamiento ha de producirse en la dirección de la fuerza. 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 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 Cuando sostenemos una maleta en la mano, no existe trabajo porque no hay dirección de la fuerza. Todo desplazamiento perpendicular a la dirección de la fuerza no implica Podemos definir matemáticamente el trabajo como el producto de la Fuerza desplazamiento tienen
  • 2. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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 Solamente hace trabajo la componente de la fuerza que coincide con la dirección de desplazamiento. Véase el dibujo: 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 utilizada para medir al trabajo es el Joule (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 ximo y positivo, si la dirección y sentido de la fuerza coinciden con los del desplazamiento. Cuando: Ø=0º, WF = +FD FISICA EXPERIMENTAL II 2 es decir la resultante que fuerza constante. trayectoria es rectilínea, el desplazamiento coincide con el espacio Solamente hace trabajo la componente de la fuerza que coincide con la dirección 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 utilizada para medir al trabajo es el Joule (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. ximo y positivo, si la dirección y sentido de la fuerza = +FD
  • 3. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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 TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino El trabajo debido a una fuerza es nulo si las dirección del desplazamiento y de la fuerza son perpendiculares. Cuando: Ø=90º, WF = 0 El trabajo es negativo si el desplazamiento y la fuerza tienen sentido contrario (El trabajo hecho por la fuerza de rozamiento es negativo). FD MATERIALES SOPORTE UNIVERSAL NUEZ FISICA EXPERIMENTAL II 3 El trabajo debido a una fuerza es nulo si las dirección del desplazamiento y El trabajo es negativo si el desplazamiento y la fuerza tienen sentido contrario (El trabajo hecho por la fuerza de rozamiento es negativo).
  • 4. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino POLEAS HOJA MILIMETRADA LAPIZ TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino DINANOMETRO HOJA MILIMETRADA CUERDA PESA FISICA EXPERIMENTAL II 4 DINANOMETRO CUERDA PESA
  • 5. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino PROCEDIMIENTO realiza el montaje de la figura. La cuerda debe tener unos 70cm 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. FISICA EXPERIMENTAL II 5 realiza el montaje de la figura. La cuerda debe tener unos 70cm 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.
  • 6. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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). TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino sitúa el dinamómetro como indica la figura, de modo que su e la escala. tira suavemente del dinamómetro, hasta que el gancho haya avanzado 2cm. Observa si la fuerza es constante. Anota el valor de dicha fuerza (F). FISICA EXPERIMENTAL II 6 sitúa el dinamómetro como indica la figura, de modo que su tira suavemente del dinamómetro, hasta que el gancho haya avanzado 2cm. Observa si la fuerza es constante. Anota el valor de dicha fuerza (F).
  • 7. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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 TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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). FISICA EXPERIMENTAL II 7 sigue tirando suavemente del dinamómetro hasta que avance repite los pasos 4 y 5, anotando la lectura del dinamómetro entre
  • 8. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL II Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 8 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. SITUACIONESPROBLEMATICAS 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
  • 9. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL II Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 9 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
  • 10. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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 TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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 FISICA EXPERIMENTAL II 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
  • 11. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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 TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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. FISICA EXPERIMENTAL II 11 Cuando el dinamómetro esta en reposo tú sientes un tirón sobre tu mano. ¿en esa situación de reposo realizaste
  • 12. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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? TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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: 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? Para que la piedra no se mueva se cumple F = m.g 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 FISICA EXPERIMENTAL II 12 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 Si empujas una gran piedra con todas tus fuerzas pero no Para que la piedra no se mueva se cumple F = m.g 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
  • 13. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino 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 TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTETRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE FISICA EXPERIMENTAL I Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino Cuando sostenemos una maleta en la mano, no existe trabajo porque no hay desplazamiento, suponiendo que permanezca estático y la maleta también permanece estático sujetado por mi mano. 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. (Masa)(Gravedad)d H Fuerza Nivel del suelo FISICA EXPERIMENTAL II 13 trabajo porque no hay desplazamiento, suponiendo que permanezca estático y la maleta Un cajón es arrastrado por un hombre haciéndole subir 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 Nivel del suelo