Trabajo y energia mecanica

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Trabajo y energia mecanica

  1. 1. Ciencias Físicas 3
  2. 2. Capítulo 4Trabajo y energía
  3. 3. Trabajo realizado por una fuerza constanteEl trabajo realizado por una fuerza constante se definecomo el producto de la magnitud del desplazamiento porel componente de la fuerza paralela al desplazamiento:
  4. 4. Trabajo realizado por una fuerza constanteEn el sistema SI, las unidades de trabajo sellaman joules: Mientras esta persona no levante o baje la bolsa de alimentos, no estará realizando ningún trabajo sobre ella. La fuerza que él ejerce no tiene el componente de dirección de desplazamiento.
  5. 5. Trabajo realizado por una fuerza constanteResolución de problemas de trabajo:1. Haga un diagrama de cuerpo libre.2. Elija un sistema de coordenadas.3. Aplique las leyes de Newton para determinar cualquier fuerza desconocida.4. Encuentre el trabajo realizado por una fuerza específica.5. Para encontrar el trabajo neto, encuentre la fuerza neta y luego encuentre el trabajo que esta realiza o encuentre el trabajo realizado por cada fuerza y súmelas.
  6. 6. Trabajo realizado por una fuerza constanteEl trabajo realizado por las fuerzas que se oponen a ladirección de desplazamiento, como la ficción, seránegativo. Las fuerzas centrípetas no realizan trabajo, ya que siempre son perpendiculares a la dirección de desplazamiento.
  7. 7. Trabajo realizado por una fuerza variableEn una fuerza que varía, se puede lograr unaaproximación del trabajo al dividir la distancia enpartes pequeñas y encontrar el trabajo realizadodurante cada una, y luego sumarlas. A medida quelas partes se hacen más angostas, el trabajorealizado es el área bajo la fuerza versus la curvade distancia.
  8. 8. Energía cinética y el Teorema trabajo- energíaLa energía ha sido definida tradicionalmentecomo la habilidad de realizar un trabajo. Ahorasabemos que no todas las fuerzas puedenrealizar un trabajo. Sin embargo, en este capítuloestamos trabajando con la energía mecánica,que sí concuerda con esta definición.
  9. 9. Energía cinética y el Teorema trabajo-energíaSi escribimos la aceleración en términos dela velocidad y la distancia, encontramos queel trabajo realizado aquí esDefinimos la energía cinética como:
  10. 10. Energía cinética y el Teorema trabajo-energíaEsto significa que el trabajo realizado es igual alcambio de la energía cinética:• Si el trabajo neto es positivo, la energíacinética aumenta.• Si el trabajo neto es negativo, la energíacinética disminuye.
  11. 11. Energía cinética y el Teorema trabajo-energíaYa que el trabajo y la energía cinética sepueden igualar, deben tener las mismasunidades: la energía cinética se mide enjoules.
  12. 12. Energía potencialUn objeto puede tener energía potencial envirtud de su ambiente.Ejemplos comunes de energía potencial:• Un resorte enrollado.• Una banda elástica estirada.• Un objeto a cierta altura sobre el piso.
  13. 13. Energía potencial Para levantar una masa m a una altura h, el trabajo ejercido por la fuerza externa es: Por lo tanto, definimos la energía potencial gravitacional como:
  14. 14. Energía potencialLa energía potencial puede convertirse enenergía cinética si el objeto cae.La energía potencial es una propiedad de unsistema como un todo, no solo del objeto (yaque depende de fuerzas externas).Si , ¿de dónde obtenemos lamedición de y?En realidad no importa, en la medida queseamos consistentes en cómo elegimos que y =0. Solo se pueden medir los cambios en laenergía potencial.
  15. 15. Energía potencialLa energía potencial también puedealmacenarse en un resorte cuando estácomprimido; la figura de abajo muestra laenergía potencial entregando energía cinética.
  16. 16. Energía potencial La fuerza requerida para comprimir o estirar un resorte es: donde k se denomina la constante del resorte, y debe medirse para cada resorte.
  17. 17. Energía potencialLa fuerza aumenta a medida que el resorte esestirado o comprimido. Vemos que la energíapotencial del resorte comprimido o estirado, medidaa partir de su posición de equilibrio, puedeescribirse como:
  18. 18. Fuerzas conservativas y no conservativasSi existe fricción, el trabajo ejercido depende nosolo de los puntos de inicio y término, sino quetambién de la trayectoria que siga. La presión sedenomina una fuerza no conservativa.
  19. 19. Fuerzas conservativas y no conservativas La energía potencial solo puede definirse a partir de las fuerzas conservativas.
  20. 20. Fuerzas conservativas y no conservativasPor lo tanto, se puede distinguir el trabajoejercido por las fuerzas conservativas deltrabajo ejercido por las fuerzas noconservativas.Vemos que el trabajo ejercido por las fuerzas noconservativas es igual al cambio total de lasenergías cinéticas y potenciales:
  21. 21. Energía mecánica y su conservaciónSi no existen fuerzas no conservativas, la sumade los cambios de la energía cinética y laenergía potencial es cero –los cambios de laenergía cinética y potencial son iguales pero designos opuestos.Esto nos permite definir la energía mecánicatotal:Y su conservación:
  22. 22. Solución de problemas al usar la conservación de la energía mecánica En la imagen de la izquierda, la energía mecánica total es:Las barras de energía(derecha) muestran cómocambia la energía depotencial a cinética.
  23. 23. Solución de problemas al usar la conservación de la energía mecánicaSi no existiera fricción, la velocidad de unamontaña rusa dependería solamente de sualtura en comparación con la altura inicial.
  24. 24. Solución de problemas al usar la conservación de la energía mecánicaPara una fuerza elástica, la conservación de la energíanos dice que:
  25. 25. Otras formas de energía; transformaciones deenergía y la Ley de conservación de la energía Algunas otras formas de energía: Energía eléctrica, energía nuclear, energía termal, energía química. Se ejerce trabajo cuando se transfiere energía de un objeto a otro. Considerando todas formas de energía, vemos que el total de energía no aumenta ni disminuye. La energía en su totalidad se conserva.
  26. 26. Conservación de la energía con procesos de disipación; solución de problemasSi existe una fuerza no conservativa como lafricción, ¿dónde van las energías cinéticaspotenciales?Se convierten en calor; el aumento de latemperatura de los materiales involucrados sepuede calcular.
  27. 27. Conservación de la energía con procesos de disipación; solución de problemasSolución de problemas:1. Haga un dibujo.2. Determine el sistema en el cual se conservará la energía.3. Resuelva qué es lo que busca y decida cuáles son las posiciones de inicio y fin.4. Elija un marco de referencia lógico.5. Aplique la conservación de la energía.6. Resuelva el problema.
  28. 28. EnergíaLa energía es la velocidad a la cual se ejerce el trabajo. trabajo Energía transformada Energía promedio tiempo tiempo (6-17) En el sistema SI, las unidades de energía son los watts: La diferencia entre subir las escalera caminando y corriendo es la energía –el cambio en la energía potencial gravitacional es el mismo.
  29. 29. EnergíaLa energía también es necesaria para la aceleración ypara moverse en contra de la fuerza de gravedad.La energía promedio puede describirse en términos defuerza y de la velocidad promedio:

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