Colegio Ascensión Nicol Hermanas misioneras del Rosario Energía mecánica LIC. SUJEY HERRERA RAMOS profeclaupf@gmail.com

Trabajo mecánico y energía El trabajo mecánico se relaciona con la fuerza que se aplica sobre un cuerpo y la distancia que se desplaza en cuerpo. Puede haber trabajo positivo, negativo o nulo.

Definición de trabajo En nuestra sociedad la palabra trabajo, esta comúnmente relacionada con actividades de producción económica. Este es el concepto que aprendemos desde pequeños. En física hablaremos, en cambio, de trabajo mecánico (w), el que tiene una definición precisa desarrollada a continuación.

Definición de trabajo Una fuerza desarrolla trabajo mecánico, cuando al aplicarse sobre un objeto, este experimenta un desplazamiento en dirección de aquella fuerza. F

Definición de trabajo El trabajo efectuado por una fuerza aplicada durante un cierto desplazamiento se define como el producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento. Por lo tanto diremos que el trabajo es una magnitud escalar.

Unidad de medida de trabajo En el sistema internacional, el trabajo se mide en Joule (J). Donde 1 Joule (J) es el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton para provocar el desplazamiento de un cuerpo igual a 1 metro en la misma dirección de la fuerza.

Trabajo positivo Si la fuerza actúa en la misma dirección y sentido que el desplazamiento, el trabajo tiene un valor positivo.

Trabajo negativo Si la fuerza actúa en la misma dirección pero en sentido opuesto al desplazamiento, el trabajo tiene un valor negativo.

Trabajo nulo Si la fuerza actúa en dirección perpendicular al desplazamiento, el trabajo realizado por esa fuerza es nulo.

Trabajo según un determinado ángulo ¿pero que pasa si el ángulo entre la fuerza aplicada y el desplazamiento no es 0°, 90° y 180°? En este caso el trabajo realizado sería:

Ejemplo 1 Calcular el trabajo necesario para desplazar un cuerpo 3 metros de su posición inicial con una fuerza de 10 N. Respuesta:

Ejemplo 2 Calcular el trabajo necesario para mover un cuerpo de masa 20 kg, con una aceleración de 0,5 m/s². una distancia de 5 metros. Respuesta:

Ejemplo 3 ¿Que trabajo realiza una alumna que necesita levantar una mochila de 5 kg. A una altura de 1,6 metros?. Respuesta:

Método gráfico para calcular el trabajo Se puede obtener calculando el área bajo la cuerva en un gráfico de fuerza en función del desplazamiento. F(N) F0 W ∆x(m) ∆x0

Ejemplos En cada uno de los siguientes gráficos, calcula el trabajo realizado: F(N) F(N) 4 10 2 5 0,5 1,0 ∆x(m) 0,1 0,2 0,3 ∆x(m) W=4 Joules W=1,5 Joules

Ejemplos F(N) 3 1,5 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 ∆x(m) W=6,5 Joules

Energía Energía es la capacidad para realizar un trabajo. Se mide en Joule Donde 1 Joule (J) es el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton para provocar el desplazamiento de un cuerpo igual a 1 metro en la misma dirección de la fuerza.

Energía cinética Un cuerpo que se desplaza con una velocidad, lleva consigo una cierta energía denominada cinética, esta es proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad.

Variación de energía cinética Al aplicar una fuerza sobre un cuerpo se le transfiere energía cinética. Esta transferencia hace variar la energía cinética inicial del cuerpo, pudiendo aumentarla o disminuirla. Esta variación de energía es equivalente al trabajo realizado sobre el cuerpo.

Energía potencial Energía potencial gravitatoria es la que tiene cualquier objeto ubicado a cierta altura por efecto de la atracción terrestre. Donde: m= masa g= aceleración de gravedad h=altura

Variación de energía potencial Si sobre un cuerpo que está ubicado a una altura hi actúa una fuerza que lo desplaza hasta una altura hf, su energía potencial experimentará una variación equivalente al trabajo mecánico realizado por la fuerza sobre él.

Energía mecánica A la suma de las energías potencial y cinética llamaremos energía mecánica, esta se mantiene constante cuando actúan fuerzas conservativas.

Fuerzas conservativas y disipativas Colegio Ascensión Nicol Hermanas misioneras del Rosario Fuerzas conservativas y disipativas La energía mecánica de un cuerpo es la suma de su energía cinética y potencial, estas pueden ir variando si el cuerpo esta en movimiento. profeclaupf@gmail.com

Conservación de la energía El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

Principio de conservación de la energía mecánica En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.

Colegio Ascensión Nicol Hermanas misioneras del Rosario Supongamos que la pelota está a 10 metros de altura (en reposo). En ese instante EM=Ep, ya que Ec=0 Si soltamos la pelota, disminuye la energía potencial (ya que está perdiendo altura), pero aumenta la energía cinética (ya que va en aumento su velocidad). 10 m Cuando la pelota toca el suelo, justo en ese instante: EM=Ec, ya que Ep=0 profeclaupf@gmail.com

EJERCICIOS Una persona sube el volcán mas alto del mundo (Ojos del salado, Chile) de 6.891 metros de altura, ¿cuál será su energía potencial si pesa 750 N? Desarrollo Datos: P = 750 N h = 6.891 m Se considera g = 10 m/s ² Ep = m.g.h Ep = P.h Ep = 750 N · 6.891 m Ep = 5.168.650 J

EJERCICIOS Observa la figura y considera el roce cinético (μc=0,7). (el perro no se quiere bañar) La persona necesita mover a un perro de 15 kg una distancia de 5 metros. Calcular el trabajo realizado para mover al perro

Solución Sabemos que: W=F·cosα·d Debemos calcular la fuerza de roce cinético fc= N·μc fc= m·g· μc fc= 15kg·10m/s²·0,7 fc= 105 N

Solución Podemos calcular el trabajo realizado, considerando que el ángulo es de 30°. W=F·cosα·d W= 105 N·cos30°·5 m W= 105·0,86·5 W= 451,5 Joules Pero, la fuerza de roce y el desplazamiento tienen la misma dirección y distinto sentido, por lo tanto el trabajo será negativo. W= - 451,5 Joules

Colegio Ascensión Nicol Hermanas misioneras del Rosario EJERCICIOS Observa el movimiento del péndulo simple y analiza en que punto la energía cinética es máxima y mínima, lo mismo con la energía potencial. profeclaupf@gmail.com

La vida está para adelante nunca para atrás, si andas por la vida dejando puertas abiertas no podrás desprenderte ni vivir lo de hoy con satisfacción