Trabajo, energía y potencia

· Trabajo · Trabajo resultante· Energía· Trabajo y energía cinética· Energía potencial· Conservación de la energía· Energía y fuerzas de fricción· Potencia

Trabajo

El trabajo es una cantidad escalar igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y de la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento.

x Fcos x FW

entodesplazamiFuerzaTrabajo

x

Unidades SI:

1 joule (J) es igual al trabajo realizado por una fuerza de un newton (N) al mover un objeto a través de una distancia paralelade un metro (m).

Unidades SI:

1 joule (J) es igual al trabajo realizado por una fuerza de un newton (N) al mover un objeto a través de una distancia paralelade un metro (m).

Unidades USCS:

Una libra-pie (ft-lb) es igual al trabajo realizado por una fuerza de una libra (lb) al mover un objeto a través de una distancia paralela de un pie (ft).

Unidades USCS:

Una libra-pie (ft-lb) es igual al trabajo realizado por una fuerza de una libra (lb) al mover un objeto a través de una distancia paralela de un pie (ft).

x Fcos x FW

entodesplazamiFuerzaTrabajo

x

Trabajo resultante

El trabajo de una fuerza específica es positivo si la componente de la fuerza está en la misma dirección que el desplazamiento.

El trabajo de una fuerza específica es negativo si la componente de la fuerza está en dirección opuesta al desplazamiento.

Cuando varias fuerzas actúan sobre un cuerpo en movimiento, el trabajo resultante es la suma algebrica de las fuerzas individuales.

• ¿Cuál es el trabajo realizado por una fuerza de 20 N que actúa a través de una distancia paralela de 8 m? ¿Qué fuerza realizará el mismo trabajo a través de una distancia de 4 m?

• Un trabajador levanta un peso ejerciendo una fuerza de 20 lb a través de una altura de 10 pies ¿Cuántos metros puede un bloque de 10 kg ser levantado por la misma cantidad de trabajo?

• Un remolcador ejerce una fuerza constante de 4000 N en un barco, moviéndolo una distancia de 15 m. ¿Cuál es el trabajo realizado?

• Un martillo de 5 kg se eleva a una altura de 3 m. ¿Cuál es el trabajo mínimo requerido?

• Una caja de 50 kg se arrastra 40 m por un piso horizontal, mediante una fuerza constante Fp = 100 N que ejerce una persona. Esta fuerza actúa en un ángulo de 37º, como se ve en la figura. El piso es áspero y ejerce una fuerza de fricción Ffr =50 N. Calcula el trabajo efectuado por la fuerza que obra sobre la caja, y el trabajo efectuado sobre la caja.

• (a) Calcula el trabajo que debe efectuar una persona para llevar una mochila de 15.0 kg por una subida con una altura h = 10.0 m. como se muestra en la figura. También calcula (b) el trabajo efectuado por la gravedad y (c) el trabajo neto efectuado sobre la mochila. Suponer que el movimiento es uniforme y tiene velocidad constante.

Energía

Energía cinética (Ek) es la energía que tiene un cuerpo en virtud de su movimiento.

Energía potencial (Ep) es la energía que tiene un cuerpo en virtud de su posición o condición.

Trabajo y energía cinética

cEWtotal ,mvE 221

cEl trabajo de una fuerza externa resultante sobre un cuerpo es igual al cambio de la energía cinética del cuerpo.

Energía potencial

Energía potencial es la energía que posee el sistema en virtud de su posición.

Ep = Wh = mghEp = Wh = mgh donde:

Ep = energía potencialW = peso del objetoh = altura del objeto sobre el punto de referenciag = aceleración debida a la gravedadm = masa del objeto

donde:

Ep = energía potencialW = peso del objetoh = altura del objeto sobre el punto de referenciag = aceleración debida a la gravedadm = masa del objeto

Conservación de la energía

energía total = Ep + Ek = constanteenergía total = Ep + Ek = constante

Conservación de la energía mecánica:

En la ausencia de resistencia del aire o de otras fuerzas disipativas, la suma de las energías potenciales y cinéticas es una constante, siempre que no se añada ninguna otra energía al sistema.

Energía y fuerzas de fricciónConservación de la energía:

La energía total de un sistema es siempre constante, aun cuando se transforme la energía de una forma o otra dentro del sistema.

Potencia

Potencia es la rapidez con que se realiza el trabajo.

ttrabajo

=P

Conceptos clave

• Trabajo • joule • Energía potencial • Energía cinética • Conservación de la energía• Potencia

Resumen de ecuaciones

Ep = Wh = mghEp = Wh = mgh

x Fcos x FW

entodesplazamiFuerzaTrabajo

x

cEWtotal ,mvE 221

c

ttrabajo

=P