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T R A B A J O Y E N E R GÍ A (97 2003)

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T R A B A J O Y E N E R GÍ A (97 2003)

  1. 1. INSTITUCIÓN EDUCATIVA “JULIO CÉSAR GARCIA” ÁREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL PRFESOR: EDUARDO JAIME VANEGAS LONDOÑO
  2. 2. Trabajo y Energía La energía es un concepto fundamental de la ciencia, pero no es sencillo definirlo con precisión. LA ENERGIA DE UN SISTEMA ES UNA PROPIEDAD DEL MISMO QUE NOS REFIERE A SU CAPACIDAD PARA TRANSFORMAR A OTROS SISTEMAS Pero mas importante que esto es comprender como se transforma y como se transfiere. Hay energía en los seres vivos y en las cosas, y también en las radiaciones que llegan del espacio. Pero únicamente detectamos sus efectos cuando algo sucede, es decir, cuando se producen cambios.
  3. 3. Las formas de la Energía Energía Eléctrica Energía Química Energía Elástica Energía Gravitatoria Energía Nuclear Energía Potencial Equivalencia entre masa y energía: uno de los resultados mas notables de la teoría especial de la relatividad de Einstein: la masa es también una forma de energía!
  4. 4. Energía Térmica Energía Radiante Energía Cinética Cambio y Conservación de la Energía  Principio de Conservación de la Energía La energía no se crea ni se destruye. En cualquier sistema considerado en su totalidad, hay una cantidad que no se modifica: la energía. Puede transformarse o transferirse, pero el balance total de energía del sistema permanece constante
  5. 5. Es un modelo simplificado, en el que centraremos nuestra atención sobre una pequeña región del universo e ignoraremos los detalles del resto del Universo exterior al sistema <ul><li>Ejemplos de Sistema: </li></ul><ul><li>Un único objeto o partícula </li></ul><ul><li>Una colección de objetos o partículas </li></ul><ul><li>Una región del espacio </li></ul>Sistema
  6. 6. Trabajo El significado físico de la palabra trabajo difiere del significado habitual!!!! Como veremos el trabajo es un método de transferencia de energía
  7. 7. El trabajo W , realizado por un agente que ejerce una fuerza constante F sobre un sistema, es el producto de la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento (Fcos  ), por la magnitud del desplazamiento  r  r F Fcos   r a r b
  8. 8. <ul><li>Notemos que el trabajo es un escalar! </li></ul><ul><li>La unidad de trabajo es N.m, que en el sistema internacional se denomina: Joule </li></ul>Qué fuerzas no hacen trabajo???? Las que son perpendiculares a la trayectoria! Ejemplo: la tensión de la cuerda de un péndulo, el peso de un auto que avanza en línea recta, la fuerza normal. Realiza Trabajo, una persona que traslada una valija? No debemos confundir trabajo con esfuerzo muscular!
  9. 9. Apliquemos la definición de trabajo, al modelo de la figura  El trabajo neto realizado sobre el cuerpo de masa m, realizado por la fuerza resultante será: Energía Cinética y el Teorema del Trabajo-Energía Cinética m  F  r v i v f
  10. 10. Entonces: Cuando se realiza trabajo sobre un sistema y el único cambio que se produce en el sistema es el de su rapidez, el trabajo realizado por la fuerza neta es igual al cambio de su energía cinética Esta ecuación ha sido deducida para el caso particular de un movimiento en una dimensión, pero se trata de un resultado de carácter general. A la magnitud se la denomina Energía Cinética.
  11. 11. Energía Potencial Consideraremos sistemas de dos o mas partículas que interactúan entre sí, a través de una fuerza que es interna. Por ejemplo un sistema: Tierra- pelota que interactúan a través de la fuerza gravitatoria. El trabajo realizado por el agente externo (la fuerza de ascenso F), es: mg mg y b y a  y
  12. 12. La expresión mgy se denomina energía potencial gravitacional (Ep). En la ecuación anterior, el trabajo representa también una transformación de energía al sistema, en este caso en energía potencial gravitatoria. La energía potencial, así como el trabajo y la energía cinética son expresiones escalares y se miden en joules. <ul><li>Consideremos ahora el mismo sistema Tierra-pelota, y dejemos caer la pelota: </li></ul><ul><li>La fuerza que realiza trabajo es la fuerza gravitacional. </li></ul><ul><li>La pelota inicialmente en reposo adquiere velocidad ya que está acelerada, entonces: </li></ul>Energía Mecánica mg mg y b y a  y
  13. 13. Cuando la pelota cae de a a b , el trabajo realizado por la fuerza gravitacional es: A partir del Teorema del W y la Energía cinética tendremos: Igualando el trabajo realizado sobre la pelota: mg mg y b y a  y
  14. 14. Reacomodando: A la suma de energía cinética y potencial se la denomina Energía Mecánica
  15. 15. <ul><li>Si cuando actúan fuerzas sobre un sistema se conserva la Energía Mecánica, entonces las fuerzas son conservativas. Ej: fuerza gravitatoria. </li></ul><ul><li>Si cuando actúan fuerzas sobre un sistema, no se conserva la Energía Mecánica, entonces existe al menos una fuerza que es no conservativa. </li></ul><ul><li>En este caso, la variación de la Energía Mecánica es igual al trabajo de la fuerza no conservativa. </li></ul>Fuerzas Conservativas y No Conservativas
  16. 16. Potencia Resulta interesante no solo conocer la energía intercambiada con un sistema, sino también, la rapidez con la cual se intercambia esa energía. La relación de transferencia de energía respecto al tiempo , se denomina Potencia Potencia Media Potencia instantánea Si la fuerza es constante:
  17. 17. <ul><li>La unidad de potencia en el SI es el watt , 1 W = 1 J /s. </li></ul><ul><li>En el sistema inglés la unidad es el caballo de vapor o hp </li></ul><ul><li>1 hp = 746 W </li></ul>Podemos definir ahora una nueva unidad de Energía en función de la unidad de Potencia: el kilowatt hora. 1 kWh = 3.6 10 6 J

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