INSTITUCIÓN EDUCATIVA “JULIO CÉSAR GARCIA”ÁREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL

PRFESOR: EDUARDO JAIME VANEGAS LONDOÑO

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 SISTEMASPero 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.

Las formas de la Energía

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!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!

2.cmE

Energía Eléctrica Energía Química Energía Elástica

Energía Gravitatoria Energía Nuclear

Energía Potencial

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

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

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

Ejemplos de Sistema:Un único objeto o partículaUna colección de objetos o partículasUna región del espacio

Sistema

Trabajo

El significado físico de la palabra trabajo difiere del significado habitual!!!!Como veremos el trabajo es un método de transferencia de energíaEl significado físico de la palabra trabajo difiere del significado habitual!!!!Como veremos el trabajo es un método de transferencia de energía

b

a

rdFW

rFW

rrFW

rFW

drFW

drFW

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ab

b

a

b

a

b

a

b

a

.cos

)(cos

.cos

cos.

cos..

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

ra

rb

Notemos que el trabajo es un escalar!La unidad de trabajo es N.m, que en el sistema internacional se denomina: Joule

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!Realiza Trabajo, una persona que traslada una valija? No debemos confundir trabajo con esfuerzo muscular!

22

2

1

2

1

..

..

ifneto

x

x

x

x

x

x

neto

x

x

neto

x

x

neto

mvmvW

dvvmdxdt

dx

dx

dvmdx

dt

dvmW

dxamW

dxFW

f

i

f

i

f

i

f

i

f

i

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:

mF

r

vi vf

amF

.

Newton deLey

segunda la De

0 de coseno el es cos

sentidoy dirección

igual tienen y

dxF

Energía Cinética y el Teorema del Trabajo-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.

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.

2

2

1mv

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

cinéticanetaFuerza EW

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.

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.

mg

mg

yb

ya

y

El trabajo realizado por el agente externo (la fuerza de ascenso F), es:

ab mgymgyW

rmgW

mW

0cos..

).( rg

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.

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.

Consideremos ahora el mismo sistema Tierra-pelota, y dejemos caer la pelota:La fuerza que realiza trabajo es la fuerza gravitacional.La pelota inicialmente en reposo adquiere velocidad ya que está acelerada, entonces:

mg

mg

yb

ya

y

Energía Mecánica

potencialpelota la sobre EmgymgyW ab

pelota la de cinéticapelota la sobre EW

potencialcinética EE

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

yb

ya

y

0 EpEc

0)()( ifif EpEpEcEc

iiff EpEcEpEc

EpEcE mec

Reacomodando:

A la suma de energía cinética y potencial se la denomina Energía Mecánica

Si cuando actúan fuerzas sobre un sistema se conserva la Energía Mecánica, entonces las fuerzas son conservativas. Ej: fuerza gravitatoria.

0 MESi cuando actúan fuerzas sobre un sistema, no se conserva la Energía Mecánica, entonces existe al menos una fuerza que es no conservativa. En este caso, la variación de la Energía Mecánica es igual al trabajo de la fuerza no conservativa.

Si cuando actúan fuerzas sobre un sistema, no se conserva la Energía Mecánica, entonces existe al menos una fuerza que es no conservativa. En este caso, la variación de la Energía Mecánica es igual al trabajo de la fuerza no conservativa.

vasconservati no FuerzasM WE

Fuerzas Conservativas y No Conservativas

PotenciaResulta 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

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

dt

dWP

t

WP

Potencia Media

Potencia instantánea

Si la fuerza es constante:Si la fuerza es constante:

vFdt

drF

dt

dWP ..

La unidad de potencia en el SI es el watt, 1 W = 1 J/s. En el sistema inglés la unidad es el caballo de vapor o hp

1 hp = 746 W

Podemos definir ahora una nueva unidad de Energía en función de la unidad de Potencia: el kilowatt hora.1 kWh = 3.6 106 J