5-5 Energía Potencial de un sistema

Presentación del tema: "5-5 Energía Potencial de un sistema"— Transcripción de la presentación:

1 5-5 Energía Potencial de un sistema
AREA DE FISICA UNIDAD 5: Trabajo y Energía 5-1 Trabajo de una fuerza constante, definición, unidades. 5-2 Trabajo de una fuerza variable en una dimensión. 5-3 Energía Cinética y el Teorema del trabajo y Energía cinética 5-4 Fuerzas conservativas y no conservativas. 5-5 Energía Potencial de un sistema 5-6 Conservación de la energía mecánica. Principio de conservación de la energía 5-7 Potencia, unidades

2 AREA DE FISICA 5-1 Trabajo de una Fuerza Constante F  A B 90°

3 AREA DE FISICA Unidades Unidad de fuerza por unidad de longitud MKS-SI
F[N] r[m] W[N-m=J] cgs F [dina] r[cm] W[ergio]

4 AREA DE FISICA Problema:
Un cajón de 50Kg es arrastrado 40m a lo largo de un piso horizontal por una fuerza constante FP=100N, ejercida por una persona que actúa con un ángulo de 37° como se ve en la figura. El piso es rugoso y ejerce una fuerza de fricción Fr=50N. Determinar el trabajo hecho por cada fuerza que actúa sobre el cajón y el trabajo neto hecho sobre el cajón.

5 AREA DE FISICA 5-2 Trabajo de una Fuerza Variable y b r7 5 r6 r5
1 r2 r1 a x 5

6 AREA DE FISICA W ≈ F. r . cos Trabajo de una Fuerza Variable
F1.cos1 F5.cos5 F.cos (N) a r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 b r 6

7 AREA DE FISICA Trabajo de una Fuerza Variable y F.cos (N) a b r 7

8 AREA DE FISICA Trabajo de una Fuerza Variable Situación Unidimensional
Ley de Hooke: k: constante de resorte k FR FP x 8

9 AREA DE FISICA Situación Unidimensional F Pendiente k kx x x 9

10 AREA DE FISICA Problema:
Una persona tira de un resorte como en la figura, alargándolo 3cm, para lo que se requiere una fuerza máxima de 75N. ¿Cuánto trabajo hace la persona? ¿Cuánto trabajo hace ahora para comprimirlo la misma longitud? k FP x 10

11 AREA DE FISICA 5-3 Energía Cinética y Teorema del trabajo y Energía cinética La energía es una cualidad de los cuerpos que permite que se puedan producir cambios en ellos mismos y en otros Formas de presentarse la energía:  Energía química: la energía de los alimentos y de los combustibles  Energía eléctrica: como la suministrada por la batería de un coche  Energía de movimiento debida a la velocidad del móvil  Energía de posición debida a la altura sobre el suelo en la que se encuentra el móvil  Energía luminosa como aquella que radia una lámpara  Otras (como la calorífica, eólica, térmica, atómica, ...) La energía se presenta en formas diversas y se puede transformar de una en otra La energía se conserva en los cambios, aunque se degrada al pasar de formas más útiles a menos útiles

12 Es la capacidad que poseen los cuerpos de realizar trabajo
AREA DE FISICA Energía: Es la capacidad que poseen los cuerpos de realizar trabajo Tipos de Energía Cinética Potencial Eólica Calórica Eléctrica Etc.

13 AREA DE FISICA Energía cinética y trabajo         13

14 AREA DE FISICA Energía cinética y trabajo y produce trabajo Ft x 14

15 AREA DE FISICA Energía Cinética K Teorema de Trabajo-Energía
Energía cinética y trabajo y Energía Cinética K x Teorema de Trabajo-Energía 15

16 AREA DE FISICA Problema:
Un automóvil de 900Kg, se mueve a 60Km/h y disminuye su velocidad hasta detenerse por acción de una fuerza de fricción. Si recorrió una distancia de 250m en el proceso, determinar la fuerza de rozamiento que retarda el movimiento

17 AREA DE FISICA 5-4 Fuerzas Conservativas y no Conservativas x=0 x=d
17

18 AREA DE FISICA 5-4 Fuerzas Conservativas y no Conservativas
y=h vo vo y=0 Cuando el trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto que se mueve alrededor de una trayectoria cerrada es cero, decimos que la fuerza es conservativa 18

19 AREA DE FISICA 5-4 Fuerzas Conservativas y no Conservativas
Cuando el trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto que se mueve de un punto a otro depende solo de las posiciones inicial y final y es independiente de la trayectoria que sigue el objeto, decimos que la fuerza es conservativa y x 19

20 AREA DE FISICA 5-4 Fuerzas Conservativas y no Conservativas
fr d d fr 1 d fr d 2 fr siempre se opone al movimiento Wfr siempre es (-). En un camino cerrado nunca es cero Cuando el trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto que se mueve de un punto a otro depende de la trayectoria que sigue el objeto y a lo largo de una trayectoria cerrada no es cero, decimos que la fuerza es NO conservativa 20

21 AREA DE FISICA Energía Potencial
La Energía Cinética, es la que posee un cuerpo en movimiento. Es decir, es propia del cuerpo y depende de la velocidad del cuerpo y su masa La bala tiene mucha energía cinética por salir con velocidad muy elevada El tren tiene mucha energía cinética por tener una gran masa Cuando actúan fuerzas conservativas, el sistema tiene una característica común: está compuesto de por lo menos dos objetos (bloque-resorte, bola-tierra) que interactúan a través de una fuerza (elástica o gravedad) que realiza trabajo y transfiere energía entre las partes a medida que cambia de posición 21

22 Energía Potencial Gravitatoria Energía Potencial Elástica
AREA DE FISICA Energía Potencial v1 v2 v3 v4 Energía Potencial h Energía Potencial Gravitatoria Energía Potencial Elástica

23 Energía Potencial gravitatoria
AREA DE FISICA Energía Potencial d Energía Potencial gravitatoria y2 y1

24 AREA DE FISICA Energía Potencial
Además de la Energía Potencial gravitacional, hay otras asociadas a una fuerza conservativa Podemos decir en general: Fuerza Conservativa Aspectos importantes de Energía Potencial a tener en cuenta La Energía Potencial está asociada siempre a una fuerza conservativa Solo la diferencia o cambios de Energía Potencial son importantes La selección de donde U=0 es arbitraria y a conveniencia La U no es propia de un cuerpo, si no que está asociada a la interacción de dos a mas cuerpos

25 AREA DE FISICA Energía Potencial Elástica Fuerza del resorte
y Fuerza del resorte x Tomando xo=0 y xf=x x=0 x 25

26 AREA DE FISICA 5-5 Conservación de la energía mecánica
movimiento y1 v2 y2 Energía Mecánica 26

27 AREA DE FISICA Ejemplo Suponiendo que la altura de la colina es de 40m y que el cuerpo parte de reposo en la cima y sin fricción, calcular a) la rapidez del carro en el fondo de la colina. b) que altura alcanzará el cuerpo cuando tenga la mitad de la rapidez del punto anterior y y2

28 AREA DE FISICA Efecto de otras fuerza v1 movimiento y1 v2 y2 28

29 AREA DE FISICA Ejemplo Queremos lanzar una pelota de masa 0,145Kg verticalmente, para lo que la mano aplica una fuerza constante sobre la pelota en un tramo de 0,5m, luego de lo cual se separa de ésta con una velocidad de 20m/s. Si no se considera la resistencia del aire, calcular a) la fuerza constante que hace la mano. b) la rapidez de la pelota en un punto 15m arriba de donde se soltó 29

30 Realizan el mismo y trabajo pero en distinto tiempo
AREA DE FISICA 5-3 Potencia, unidades Realizan el mismo y trabajo pero en distinto tiempo A veces interesa más conocer la rapidez con que se efectúa un trabajo que el valor del mismo Potencia media Potencia instantánea

31 AREA DE FISICA S.I. Sistema Británico Otras unidades:
Otra unidad común a usar: S.I. Sistema Británico Podemos definir otra unidad de trabajo:

32 AREA DE FISICA Un motor eléctrico se utiliza para sacar agua de un pozo de 30 m de profundidad, a razón de 600 litros por minuto. Calcular la potencia del motor en hp  Un litro de agua es aproximadamente igual a un Kilogramo de agua  El trabajo realizado por la bomba es  La potencia efectiva del motor es