Trabajo, Energía

y Potencia

Segunda ley de newton

• Una fuerza neta ejercida sobre un objeto lo acelerara, es decir cambiara su velocidad, la aceleracion será proporcional a la magnitud de la fuerza total y tendrá la misma dirección y sentido que esta. La constante de proporcionalidad es la masa m del objeto F = m a , en el SI, m se mide en kg; a en m / s2 ; F en newton

• El rozamiento en general , actúa como una fuerza que actúa en sentido opuesto a la velocidad de un objeto en el caso del deslizamiento en seco, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad, cuando hay rozamiento la segunda ley de Newton queda : F resultante = F – F rozamiento = m a

Trabajo Mecánico• Es el realizado por alguna Fuerzas.• Es una Magnitud Escalar.

• El trabajo efectuado por una fuerza aplicada durante un cierto desplazamiento se define como el producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento.

T W F d ������������� �

• En el Sistema Internacional, es el JOULE 5 2 7

5 2 7

1Joule 10 dina 10 centímetro 10 erg

1Ergio 10 N 10 metro 10 J

��������������

W F cos d ����������������������������

• Siendo θ el ángulo entre los vectores fuerza y desplazamiento.

Trabajo Mecánico

W F cos d ����������������������������

Fuerza

Desplazamiento

• Si el cuerpo se desplaza horizontalmente (1 metro) y se ejerce un trabajo perpendicular a ella (100 newton), el trabajo realizado por esta fuerza es:

W F cos d

W 100N cos90º 1m

W 100N 0 1m 0

����������������������������

��������������

��������������

• O sea el cargar el peso de la mochila horizontalmente, no se hace trabajo, porque la fuerza (el peso) y el desplazamiento son perpendiculares.

Fuerza

Desplazamiento

Fuerza

Desplazamiento

Trabajo Resultante• Cuando varias fuerzas ejercen trabajo, hay que

distinguir entre trabajo positivo y negativo.– Si la Fuerza y desplazamiento son en el mismo sentido, el

trabajo es positivo.– Si se ejercen en sentido contrario, el trabajo es negativo.

• Trabajo Resultante es la suma algebraica de los trabajos individuales que se ejercen por varias fuerzas en un mismo cuerpo. (Es igual al trabajo de la fuerza neta).

• Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento.

• El concepto de trabajo está ligado íntimamente al concepto de energía y ambas magnitudes se miden en la misma unidad: Joule.

ENERGÍA

Energía• Capacidad para

realizar un trabajo.• Se mide en JOULE• Se suele representar

por la letra E. • Ejemplo:

Cuando un arquero realiza trabajo al tender un arco, el arco adquiere la capacidad de realizar la misma cantidad de trabajo sobre la flecha

• Existen muchos tipos:– E. Mecánica:

estado de movimiento.• E. Cinética: en

movimiento• E. Potencial: en

reposo– E. Calórica– E. Eléctrica– E. Química– E. Eólica– E. Solar– E. Hidráulica– E. Lumínica, etc.

Energía Potencial• Es la energía que se

almacena en espera de ser utilizada, porque en ese estado tiene el potencial para realizar trabajo.

• Un objeto puede almacenar energía en virtud de su posición.

• Se denota: Ep• Es una magnitud Escalar.• Existen 2 tipos:

– Ep Gravitacional: posición en la tierra.

– Ep Elástica: tiene que ver con resortes y fuerza elástica.

ENERGÍA MECÁNICAEs la energía que se debe a la posición o al movimiento de un objeto (estado de movimiento de un objeto).Se denota: EmEs una magnitud Escalar. Existen 2 tipos:E. Cinética: cuerpo en movimiento.E. Potencial: cuerpo en reposo, energía de posición.

Energía Mecánica

• Todo cuerpo en movimiento o reposo posee energía mecánica.

• Matemáticamente es la suma de todas las energías.

m c pg peE E E E

2

c

mvE

2

pgE mgh

2

pg

k XE

2

Energía Potencial Gravitacional

• Es mayor a mayor masa y a mayor altura se encuentre.

• El cuerpo debe estar en reposoEnergía Potencial Gravitacional = peso x altura

Ep m g h mgh ��������������

• Si el objeto se mueve con velocidad constante, se debe ejercer una fuerza igual a su peso (fuerza neta = 0), y el peso es igual a: m g

• Por lo tanto para elevarlo una altura (h), se requiere una energía potencial gravitacional igual al trabajo.

Trabajo y Energía Potencial• El trabajo que puede realizar un objeto debido a

su posición, requiere una energía igual a la Epg de este objeto.

pgW E

• A mayor altura, mayor trabajo.• La altura depende del sistema de referencia

que se ocupe (no es lo mismo el trabajo que puede realizar un avión respecto a la cima de una montaña, un edificio o a nivel del mar, porque cambia la altura)

W mgh

ENERGÍA CINÉTICA

Energía Cinética• Es la energía que

posee un cuerpo en virtud de su movimiento.

• Se denota: Ec• Es una magnitud

Escalar.• Es igual al trabajo

requerido para llevarlo desde el reposo al movimiento o al revés.

• Depende de la masa del cuerpo y la rapidez que lleva.

2

c

mvE

2

• Significa que:– al duplicarse la rapidez

de un objeto, se cuadriplica su energía cinética.

– Se requiere un trabajo cuatro veces mayor para detener dicho objeto.

• La energía cinética es mayor, mientras mayor masa posea un cuerpo y mayor rapidez alcance.

Trabajo y Energía Cinética• El trabajo que realiza una fuerza neta sobre un

objeto es igual al cambio de la energía cinética del objeto.

cW E

• Un trabajo positivo, aumenta la energía cinética del objeto (Vf > Vi)

• Un trabajo negativo, disminuye la energía cinética del objeto (Vf < Vi)

2 2fim V m V

W2 2

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Conservación de la Energía

“En cualquier proceso, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma en otras modalidades. La energía total de un sistema es constante”

m c pgE E E

2

c

mvE

2

pgE mgh

Transformación de Energía Potencial a Cinética

pgE mgh

2

c

m vE

2

m pg cE E E

Conservación de la Energía

m pgE E

m cE E

2

c

mvE 0

2

2

c

mvE Máx.

2

pgE mgh 0

pgE mgh Máx.

m pg cE E E

LA ENERGÍA TOTAL ES CONSTANTE

POTENCIA MECÁNICA

Potencia Mecánica• Es la rapidez con la que se realiza un

trabajo.• Se denota: P• Es una magnitud Escalar.

Trabajo WP

tiempo t

• Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo.

Unidades

• En el Sistema Internacional, es el WATT

Joule1Watt

segundo

• Donde 1 Watt es la potencia gastada al realizar un trabajo de un Joule en 1 segundo.Otras Unidades

• En el sistema C.G.S. es el Ergio/seg.• 1 kw = 1 kilowatt = 103 watts = 103 W

• 1 MW = 1 megawatt = 106 watts = 106 W• 1 GW = 1 gigawatt = 109 watts = 109 W

• En el sistema inglés se usa:– Caballo de vapor (hp ó cv): la potencia

necesaria para elevar verticalmente una masa de 75 kg a la velocidad de 1 m/s. Y equivale a 746 W

Potencia Mecánica• Un motor de alta potencia realiza trabajo con rapidez.• Si un motor de auto tiene el doble de potencia que la de

otro, • No Significa que:

– realice el doble de trabajo que otro.• Significa que:

– Realiza el mismo trabajo en la mitad del tiempo.• Un motor potente puede incrementar le rapidez de un

auto hasta cierto valor en menos tiempo que un motor menos potente.• La potencia en términos generales, expresa la

capacidad para ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible.

• Una fuente de energía, que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1 metro en un sólo segundo de tiempo, se considera más potente que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos.