energía y trabajo mecánico. principio de conservación
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ENERGÍA – TRABAJO - POTENCIA
Ficha de Cátedra
Prof. Lic. Pablo Andrés Manzano
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ENERGÍA
Es la capacidad de un objeto para realizar trabajo como por ejemplo, moverse, empujar un
objeto, etc.
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ENERGÍA MECÁNICA
Es la energía asociada al estado de reposo o movimiento de los
cuerpos por la acción de fuerzas.
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ENERGÍA MECÁNICA
Es la suma de 3 tipos de energía:• Cinética• Potencial Gravitatoria• Potencial Elástica
Em = Ec + Epg + Epe
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ENERGÍA CINÉTICA
Un objeto tiene energía cinética cuando se está moviendo, es decir cuando su velocidad es
distinta de cero.Ec = ½ m . v2
m: masa del automóvil – v: su velocidad
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ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
Un objeto tiene energía potencial gravitatoria cuando está fuera del piso, es decir
cuando su altura es distinta de cero.
Epg = m . g . h
m: masa - g: aceleración gravitatoria – h: altura
h
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ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA
Un objeto tiene energía potencial elástica cuando está
comprimiendo o estirando resorte.
Epe = ½ . k . x2
K: constante elástica del resorte – x : compresión
x
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UNIDADES DE ENERGÍA MECÁNICA
La unidad de energía mecánica es el Joule (J):
1 Joule = N . m = Kg . m2 / seg2
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UNIDADES DE ENERGÍA MECÁNICA
Ec: ½ m . v2 = Kg. (m/seg)2 = kg.m2/s2 = J
Epg = m.g.h = Kg . m/s2 . m = Kg.m2/s2 = J
Epe = ½ k.x2 = N/m . m2 = N.m = J
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PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
La energía mecánica de un sistema aislado se conserva.
Esto significa que si no existen fuerzas externas que transformen la energía del sistema en calor, como por ejemplo las
fuerzas de rozamiento, entonces la energía mecánica inicial y final son iguales.
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Inicialmente el resorte tiene energía potencial elástica. Al soltarlo, esta
energía es transferida a la esfera la cual se pone en movimiento y asciende
Energía Potencial Elástica
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En este punto, la energía de la esfera es cinética porque está subiendo y
potencial gravitatoria porque está a una altura h respecto del piso
Energía Potencial gravitatoria + Energía Cinética
h
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En este punto, la energía de la esfera es solo potencial
gravitatoria porque está en la altura máxima y allí se detuvo.
Energía Potencial gravitatoria
h
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Veamos otro ejemplo:
Energía Cinética
Energía Cinética y Gravitatoria
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Veamos otro ejemplo:Supongamos que la masa de la esfera es 3 kg
Energía Mecánica Inicial: Energía Gravitatoria
Emi = Epg = m.g.h = 3 kg. 10 m/s2 . 5 m = 150 J
5 m
Energía Mecánica Final: Energía Cinética = 150 J
150 J = Ec = ½ 3 kg . v2 => v = 10 m/seg.
No hubo rozamiento => no perdió energía
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TRABAJO MECÁNICOUna fuerza F realiza trabajo mecánico
cuando al actuar sobre un objeto hace que éste se desplace una
distancia d
L = F . d . Cos
Dirección de la Fuerza F
Dirección del desplazamiento
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TRABAJO MECÁNICO
Aquí la Fuerza F producirá el desplazamiento del carrito una distancia d
El Trabajo Mecánico es F x d x cos (en este caso es 0 pues F y d son paralelas)
d
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TRABAJO MECÁNICO
Supongamos que F es 50 N y que el carrito se desplazó 4 m:Entonces,
L = 50N . 4 m . Cos 0° = 200 J
d
Noten que las unidades de L son las mismas unidades que para la Energía Mecánica
50 N
4 m
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¿Qué ocurrirá si el objeto pierde energía durante el movimiento por efecto del
rozamiento?
Veamos como calcular la energía perdida por rozamiento.
Esta energía perdida se calcula como el Trabajo de la Fuerza de
Rozamiento
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Veamos como se calcula esto en el ejemplo anterior de la esfera que caía:
Energía Mecánica Inicial: Energía Gravitatoria
Emi = Epg = m.g.h = 3 kg. 10 m/s2 . 5 m = 150 J
5 m
Em Final: Emi – LFr = 150 J – 36J = 114 J = Ec
114 J = Ec = ½ 3 kg . v2 => v = 8,72 m/seg.
Supongamos que en esta parte de longitud 3 m la esfera pierde energía por rozamiento con el piso
La energía perdida es igual al trabajo de la fuerza de rozamiento: LFr = Fr . d . Cos
Suponiendo d = 0,4 => Entonces Fr = 0,4 .3 Kg .10 m/s2 = 12 N
LFr = 12 N . 3m . Cos 90° = 36 J
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POTENCIA
Se define como el trabajo realizado en la unidad de tiempo:
Es decir……
Pot = L / t
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POTENCIA
Supongamos que en el ejemplo anterior la Fuerza F de 50 N tardó 5 segundos en desplazar al carriro 4 m:
Entonces,
Pot = 50N . 4 m / 5 seg = 40 w
d
La unidad de potencia es el Watt que equivale a 1 Joule / seg.
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POTENCIA
Otras Unidades de Potencia son:
HP : Horse Power que equivale a 745,7 watt
CV : Caballo de Vapor que equivale a 736 watt
1 Kw (kilowatt) = 1000 w
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FIN
Prof. Lic. Pablo Andrés Manzano
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