Tema 5: ENERGÍA MECÁNICA Y TRABAJO

Tema 5: ENERGÍA MECÁNICA Y TRABAJO: ENERGÍA Y TIPOS DE
ENERGÍA
2ª Unidad “FENÓMENOS MECÁNICOS” del programa de Física I.
Energía cinética
Energía potencial
Conservación de la energía mecánica
Trabajo y transferencia de energía mecánica y potencia
Energía en procesos disipativos
OBJETIVO:
El alumno comprenderá, analizará, calculará y aplicará los conceptos de energía
cinética y potencial, trabajo y potencia.
1. MATERIAL Y EQUIPO
Computadora.
Proyector.
Bocinas.
Pantalla.
Video “Energía y trabajo”
Pizarrón (Gises de color y borrador).
Ayudas visuales en general.
Banco
Bascula
Calculadoras
Soporte universal con polea.
Dinamómetro
Pesas (50, 100, 250, 300g
Rompecabezas.
Copias para los alumnos (cuestionarios,
práctica, tarea).
Regla de 1 m
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TRABAJO Y ENERGÍA
CUESTIONARIO
NOMBRE: __________________________________________________
GRUPO:
_________________________ FECHA: _________________
1. ¿CUÁNTOS TIPOS DE ENERGÍA HAY?
ENERGÍA MECÁNICA
ENERGÍA ___________________
ENERGÍA___________________
2. ¿Qué es trabajo?
3. ¿Qué es energía?
4. ¿Qué es potencia?
2
5. ¿CUÁLES SON LAS FORMULAS DE TRABAJO, ENERGÍA CINÉTICA
Y ENERGÍA POTENCIAL?
TRABAJO
ENERGÍA
CINÉTICA
ENERGÍA
POTENCIAL
6. ¿CUÁL ES LA UNIDAD DE MEDICIÓN DE LA ENERGIA?
7. ¿ CUÁL ES LA FORMULA PARA LA POTENCIA Y SU UNIDAD DE
MEDICIÓN?
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TRABAJO Y ENERGÍA (VIDEO)
CUESTIONARIO RESUELTO
NOMBRE: __________________________________________________
GRUPO:
_________________________ FECHA: _________________
1. ¿CUÁNTOS TIPOS DE ENERGÍA HAY?
ENERGÍA MECÁNICA
ENERGÍA CINETICA
ENERGÍA POTENCIAL
2. ¿QUÉ ES TRABAJO?
R.- El trabajo se define como el proceso a través del cual una fuerza que
actúa sobre un cuerpo, produce el desplazamiento del mismo.
3. ¿QUÉ ES ENERGÍA?
R.- Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los
animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más
variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan
del concurso de la energía.
La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se
manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.
La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un
objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.
La energía está presente también en los cambios químicos, como al
quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la
corriente eléctrica.
4
4. ¿QUÉ ES POTENCIA?
Es la rapidez con que se realiza un trabajo.
5. ¿CUÁLES SON LAS FORMULAS DE TRABAJO, ENERGÍA
CINÉTICA Y ENERGÍA POTENCIAL?
ENERGÍA
CINÉTICA
TRABAJO
W=Fd
E k = 1 m v2
ENERGÍA
POTENCIAL
EP = F d
2
EP = mgh
6. ¿CUÁL ES LA UNIDAD DE MEDICIÓN DE LA ENERGÍA?
Kg
m2
s2
Joules
=Nm
FÍSICA I
7. ¿ CUÁL ES LA FORMULA PARA LA POTENCIA Y SU UNIDAD DE
MEDICIÓN?
Potencia
Trabajo
Tiem po
Watt 
Joule
Segundo
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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL
UNIDAD 2 :“FENÓMENOS MECÁNICOS”
En esta unidad se hace énfasis en la importancia de las interacciones
mecánicas como una forma de acercarse a la interpretación del mundo que nos
rodea; se consideran dos ejes: la síntesis newtoniana y el concepto de
energía como elementos integradores de la Física y de otras ramas de la
ciencia. Se pretende que el alumno observe en las Leyes de Newton y de la
Gravitación Universal una síntesis de la mecánica que explica el movimiento de
los cuerpos.
Es importante que en el desarrollo de la unidad se destaque que la mecánica
se sustenta en principios fundamentales, productos de la observación y la
experimentación, así como su importancia en el desarrollo tecnológico y su
impacto en la sociedad.
PROPÓSITOS
Al finalizar tema, el alumno:
Comprenderá que la energía permite la descripción del movimiento y sirve de
eje en el estudio de los fenómenos físicos.
APRENDIZAJES
 Asocia la interacción entre objetos con procesos de transferencia de energía
y a éstos con el trabajo, y resuelve ejercicios de cálculo de energía
mecánica, trabajo y fuerza que interviene.
 Comprende los conceptos de energía cinética y
calcula en diversos
sistemas.
 Emplea el concepto de trabajo en la cuantificación la transferencia de
energía.
 Conoce el concepto de potencia.
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CONTEXTO
Si observas a tú alrededor, verás que la energía hace que las cosas
sucedan, por ejemplo: durante el día, el sol nos proporciona energía en forma
de luz y de calor. Apenas obscurece, recurrimos a los focos, usan energía
eléctrica para iluminar; un auto se mueve gracias a la gasolina, un tipo de
energía almacenada; nuestros alimentos tienen energía almacenada, usamos
esa energía para jugar, estudiar… para vivir. Desde una perspectiva científica
podemos entender la vida como una complejidad seria de transacciones
energéticas en las cuales la energía es transformada de una forma a otra, o
transferida de un sistema a otro.
Transferimos energía a una pelota cuando la chutamos, transferimos energía
a una bicicleta cuando pedaleamos, transferimos energía a un carrito de
compras cuando lo empujamos.
Transferimos energía a un cuerpo haciendo que se mueva conociéndose
como realización de un trabajo. La energía es un concepto físico muy útil, ya
que permite analizar una infinidad de fenómenos cotidianos.
Para iniciar:
1. Realiza las figuras, ¿en cuál se realiza trabajo mecánico? Explica
Figura 1
Carga
maleta
Figura 2
una Sostener
pesas
Figura 3
las Empujar
coche
Figura 4
un Subir
con
y
bajar
el pesas
freno accionado
Conclusión
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2.- El “hombre más fuerte del mundo” es capaz de arrastrar 27 m una
locomotora de tren con una fuerza constante de 12 000 N
a) ¿Qué trabajo ha realizado?
b) ¿Cuánta energía se transfiere?
Una roca de 100 N de peso se eleva de distintas maneras hasta una altura
de 2 metros, tal como se indica en las siguientes figuras. ¿En qué caso se
realiza mayor trabajo? Demuéstralo.
Figura 1
Figura 2
Figura 3
2m
2m
2m
Demostración
PROBLEMA
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El ruido en las calles es insoportable, no permite la concentración en tus
actividades. Decidido sales a ver que pasa, te das cuenta que el ruido proviene
de un edificio que están construyendo. Te quedas observando cómo entierran
los pilotes, con la ayuda de una pluma (una grúa enorme), levanta pesos a
diferentes alturas y luego los deja caer sobre ellos. Al día siguiente en la clase
de física la profesora pide ejemplos donde se manifiestan los tipos de energía
(de posición y de movimiento). Algunos compañeros empiezan a dar ejemplos,
a ti se te ocurre mencionar el levantamiento de dos pilotes. Partiendo de ese
ejemplo la profesora realiza las siguientes preguntas:
¿Cómo se realiza la energía potencial con el trabajo?, ¿De que depende que
toda la energía se convierta en trabajo?
HIPÓTESIS
Comenta con tus compañeros la posible respuesta a este problema y escríbela
a continuación.
ACTIVIDADES
Qué material se les ocurre para comprobar la hipótesis, anótalos a
continuación.
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En caso de que el laboratorio no cuente con ese material, aquí te doy una
sugerencia.
Arma el sistema mostrado en la figura, utiliza pesas de diferente masa (50,
100, 250, 300 g) y súbelas a la misma altura utilizando la polea. Registra la
lectura del dinamómetro en cada caso. Completa la siguiente tabla.
No. Fuerza
aplicada
(N)
Altura del
F Objeto
(m)
Masa
h objeto
M (K g)
del Trabajo
W=Fh
Energía
Potencial
gravitacional
EPG = m g h
1
2
3
4
5
10
6
7
Repite lo anterior, pero ahora sube el mismo objeto (una pesa de 200g) a
diferente altura y regístralos en la tabla anterior
A partir de tus resultados contesta las siguientes preguntas:
1. Al subir objetos de diferente masa a la misma altura, ¿se realiza el mismo
trabajo? Explica.
2. Si sostienes unos instantes el objeto a determinada altura, ¿aplicas más
fuerza _____ ¿Cuándo se realiza trabajo sobre el objeto? Explica.
3. Cuando la masa permanece constante, ¿Qué relación existe entre la
energía potencial y la altura?
4. Cuando la altura permanece constante, ¿qué relación existe entre la
energía potencial y la masa?
5. Compara el trabajo realizado por la fuerza aplicada, con la energía
potencial gravitatoria del objeto. Explica tu respuesta.
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Tienes razón los valores de trabajo (W), y energía potencial gravitacional
(EPG), son iguales, recuerda que realizar un trabajo es una manera de
transferir energía. Así entonces para conocer la energía que se ha transferido
podemos calcular el trabajo realizado. A menudo se dice: el trabajo es una
medida de la cantidad de energía transferida.
BIBLIOGRAFÍA
1. Bueche Frederick J., Fundamentos de Física, tomo II, México, McGrawHill, 1993
2. Hecht, E., Física 2. Álgebra y trigonometría, México, International
Thomson Editores, 1999
3. Hecht, E., Física en perspectiva, México, McGraw-Hill, 1993
4. Hewitt, Paul G. Hewitt, Física conceptual, México, Pearson, 1999
5. Tippens, P., Física. Conceptos y aplicaciones, México, McGraw-Hill,
1994.
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TRABAJO Y ENERGÍA
CUESTIONARIO FINAL
NOMBRE: __________________________________________________
GRUPO:
_________________________ FECHA: _________________
1.- ¿Qué es energía mecánica?
R.-
2. ¿Cuántos tipos de energía hay?
R.-
3.-Define el concepto de trabajo
R.-
4.-Aparte de las energías: cinética y potencial ¿qué otros tipos de energía
puedes mencionar? Descríbelas
R.-
Tarea para entregar la próxima clase
NOMBRE: __________________________________________________
GRUPO:
_________________________ FECHA: _________________
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Resuelve el siguiente problema colocando el dibujo del sistema
Calcula la energía potencial de uno de tus compañeros el cual se sube a un
banco, considera que la gravedad es de 9.8
m
.
s2
Para obtener los datos que hacen falta se debe de pesar el alumno en
Kilogramos en una báscula y medir la altura del banco en metros.
DATOS
FORMULA
DESPEJE
SUSTITUCIÓN
RESULTAD
O
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