TEMA 5 “TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA”

TEMA 5 “TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA”
1. TRABAJO Y ENERGIA.
No debemos confundir esfuerzo muscular con trabajo. Cuando aplicamos una
fuerza, hacemos un esfuerzo mu
scular.Podemos decir que se realiza trabajo,
cuando la fuerza aplicada produce un desplazamiento, en la dirección de ésta.
El chico del margen esta aplicando una fuerza cuando sostiene
la maleta, pero no realiza trabajo, porque no se desplaza.
Tampoco debemos confundir el oncepto
c
de energía. Los
cuerpos no poseen energía. Cuando decimos que alguien esta lleno
de energía, queremos decir que tiene capacidad para trabajar.
En física se define “Energía”, como la capacidad que tienen los cuerpos para
producir transformaciones, como por ejemplo, realizar un trabajo. Cuando un cuerpo
realiza un trabajo, pierde energía, que es ganado por el cuerpo sobre el que se realiza
el trabajo. La variación de energía que ha tenido lugar es igual al trabajo realizado.
Trabajo = Variación de energía
2. TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE.
El trabajo mide la cantidad de energía que se pone en juego en un determinado
proceso. Se realiza un trabajo cuando al aplicar una fuerza,se produce un
desplazamiento en la dirección de esta. Hay que destacar dos factores:
1. Sin desplazamiento no hay trabajo.
2. El desplazamiento tiene que producirse en la dirección de la fuerza (el
sentido puede ser el mismo u opuesto). Si el desplazamiento es perpendicular
a la fuerza no se realiza trabajo.
Definimos por tanto el trabajo
, como el producto de la fuerz
a por el
desplazamiento efectuado, si la fuerza y el desplazamiento enen
ti
la misma
dirección:
=
×
=
∙ ∆
Donde F, es la fuerza neta o esultante
r
de todas las fuerzas y Δx es el
desplazamiento que sufre el cuerpo.
En el SI, la unidad utilizada para medir el trabajo es el julio (J).
1
3. CONCEPTO DE POTENCIA.
La potencia nos indica la rapidez con que se realiza un trabajo.
Un aparato que permite realizar y aprovechar trabajo, es más potente que otra si
tarda menos tiempo en realizar un mismo trabajo. La relación entre potencia, trabajo
realizado y tiempo invertido se puede expresar de la siguiente forma:
=
=
La unidad de la potencia en el SI es el vatio (W), que se define como la potencia
necesaria para realizar un trabajo de un julio en un segundo.
El vatio es una unidad mu pequ
eña; por eso, con frecuencia es utiliza un
múltiplo, el kilovatio (Kw), que equivale a 1000 W.
3.1.
Potencia y rendimiento.
Las maquinas no rinden al 100 %, por tanto hay una potencia real y una potencia
teórica.
2
Según las características de la maquina, debe tener una potencia (teórica) pero
debido a los rozamientos, vibraciones, calentamiento, etc., hay perdidas de potencia,
por tanto, en realidad la pote
ncia (real) es menor; para med
ir esta perdida de
potencia se define el rendimiento.
=
3.2.
∙ 100
Otras unidades de trabajo y potencia.
 Unidad de trabajo: Se emplea con mucha frecuencia como unidad del
trabajo el kilovatio por hora (kW·h). Un kilovatio por hora equivale a
tres millones seiscientos mil julios. 1 kW·h = 3,6 · 106 Julios.
 Unidad de potencia: James Watt, ingeniero escocés que inventó la
maquina de vapor, definió como unidad de potencia el caballo de vapor
(CV). Un caballo de vapor equivale a 736 W.
4. ENERGIA MECANICA.
La energía mecánica, Em, suele estar asociada, la mayoría de las veces con
maquinas y movimientos. Esta orma
f
de energía se estudia baj
o dos aspectos:
energía cinética y la energía potencial.
4.1.
Energía cinética.
La energía cinética se define como la capacidad para efectuar un trabajo por
medio del movimiento y depende de la masa del cuerpo, m, y de su velocidad, v.
La energía cinética se calcula usando la siguiente expresión matemática:
1
∙
∙
2
La energía cinética se expresa en unidades de trabajo, en julios (J).
=
 Relación entre el trabajo y la variación de la energía cinética.
La variación de la energía cinética es igual al trabajo realizado por la resultante
de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo:
Trabajo = Variación de la energía cinética
= ∆
=
−
3
4.2.
Energía potencial.
La energía potencial es la queposee un cuerpo por encontrar
se a una
determinada altura.
La energía potencial se calcula usando la siguiente expresión matemática:
=
∙
∙ℎ
La energía potencial se expresa en unidades de trabajo, en julios (J).
La variación de la energía potencial también es igual al trabajo realizado:
Trabajo = Variación de la energía potencial
= ∆
=
−
5. LA ENERGIA MECANICA SE TRANSFORMA Y SE CONSEVA.
La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial.
=
+
La energía mecánica se conserva, es decir, permanece constante en cualquier
punto.
=
+
=
+
Esta es la expresión matemática del principio o ley de conservación de la energía
mecánica.
6. LA ENERGIA TOTAL SE TRANSFORMA Y SE CONSERVA.
Si consideramos la suma de todas las formas de energía como energía total, el
principio de conservación de la energía puede enunciarse de la siguiente manera:
“La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma; es decir, en todos los
procesos existe intercambio de energía, pero la energía tota
l se mantiene
constante”.
La energía puede transformarse de unas formas en otras, sin embargo, siempre
permanece constante, como podemos ver en los siguientes ejemplos:
4
7. LAS MAQUINAS.
Las maquinas son dispositivos o conjuntos de piezas que transmiten fuerzas, y al
mismo tiempo, consiguen algunos de los siguientes efectos:
1. Varían la intensidad de las fuerzas transmitidas.
2. Modifican su dirección.
3. Transforman un tipo de energía en otro.
7.1.
La palanca.
La palanca pertenece al primer tipo, es decir, varia la intensidad de la fuerza
transmitida.
En la palanca podemos distinguir tres elementos fundamentales:
 El punto donde se aplica la fuerza motriz o potencia (FM).
 El punto donde esta aplicada la fuerza resistente o resistencia (FR).
 El punto de apoyo o fulcro.
También pueden distinguirse los siguientes elementos:
 Brazo de la fuerza motriz (a).
 Brazo de la resistencia (b).
Según la posición del fulcro, de la fuerza motriz y de la sistencia,
re
se
diferencian tres tipos de palancas:
El equilibrio de la palanca requiere que el trabajo de la fuerza motriz sea igual al
trabajo de la fuerza resistente:
Por tanto:
5
7.2.
Las poleas.
Las poleas son ruedas que se utilizan para elevar cuerpos mediante cuerdas o
cadenas móviles que transmiten una fuerza.
Podemos distinguir diferentes sistemas de poleas:

Polea fija: Se comporta como na
u
palanca de primer género, luego la utilización de
esta no afecta a la fuerza eje
rcida. Su única
función es cambiar la dirección y el sentido de la
misma.
La ley de dicha maquina se enu
nciara de la
siguiente forma:

Polea móvil: Es un conjunto de dos
poleas, una de las cuales se ncuentra
e
fija,
mientras
que
la
otra
puede plazarse
des
linealmente.
Si aplicamos la ley para esta máquina, la potencia
necesaria es igual a la mitad de la resistencia:
Con dos poleas, el peso se reparte entre las dos
ramas de la cuerda, de maneraque la fuerza
motriz o potencia disminuye.
6
FORMULARIO
 Trabajo =
∙ ∆
 Potencia =
 Rendimiento
=
 Energía cinética =
 Energía potencial =
∙ 100
∙
∙
∙
∙ℎ
 Trabajo = Variación de la energía cinética
= ∆
=
−
 Trabajo = Variación de la energía potencial
= ∆
=
−
=
 Energía mecánica se conserva:
+
=
+
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