Energía mecánica

CUPES L
Ciencias experimentales
Unidad 3. Termodinámica
Trabajo, potencia y energía mecánica
Recopiló: M.C. Macaria Hernández Chávez
¿Qué es trabajo?
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Llamamos trabajo al producto de una fuerza por el desplazamiento que produce.
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Llamamos energía a la capacidad que tienen los cuerpos para producir
transformaciones o para realizar un trabajo.
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El trabajo y la energía se miden en las mismas unidades.
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Cuando un cuerpo realiza un trabajo, pierde energía, que la gana el cuerpo sobre el
que se realiza el trabajo. La variación de energía que tiene lugar es igual al trabajo
realizado.
Trabajo = variación de Energía ( ΔE)
Trabajo = Fuerza x Distancia
W=Fxd
Joules = Newton x metro
En el S.I. la unidad de trabajo se llama julio (J), que equivale al trabajo realizado por
una fuerza de 1N cuando el cuerpo se desplaza 1m en la misma dirección.
1 julio = 1 newton x 1 metro
2
Concepto de Potencia
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Es el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo que se tarda en realizarlo.
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La unidad de 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.
Potencia
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Trabajo realizado
tiempo invertido
W (J )
t ( s)
El vatio es una unidad muy pequeña, por lo que se suele utilizar el kilovatio (kw), que
equivale a 1000 w
1 vatio
1 julio
1 segundo
3
1w
1J
1s
Energía mecánica
•
Es la que poseen los cuerpos en función de su estado de movimiento o de la
posición que ocupan en el espacio. Se estudia bajo dos aspectos: energía cinética
y energía potencial.
Energía cinética
•Energía cinética: Es la que se manifiesta en un cuerpo debido al movimiento que
realiza. Se define como “la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo
mediante el movimiento”.
2
Ec
m·v
2
Energía potencial
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Energía potencial: es la que posee un cuerpo en virtud de la posición que ocupa con
respecto a un sistema de referencia. La podemos estudiar bajo dos aspectos: energía
potencial gravitatoria y energía potencial elástica.
Ejemplos de problemas
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Una persona levanta una pesa de 1470 Newtons (N) desde el suelo hasta una altura
de 1.9 metros (m). ¿Qué trabajo realiza?
Datos:
Fórmula:
F = 1470 N
W=Fxd
d = 1.9 m
W=?
Solución:
W = 1470 N x 1.9 m = 2793 Joules (J)
Ejemplos de problemas
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Una persona que tiene una masa de 65 kg quiere subir por una escalera vertical que
mide 15 m. ¿Qué trabajo realiza?
Datos:
Fórmula:
m = 65 kg
W=Fxd
d = 15 m
F=mxg
W=?
F=?
g = 9.8 m/s2
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Solución:
F = 65 kg x 9.8 m/s2 = 637 N
W = 637 N x 15 m = 9555 Joules (J)
Ejemplos de problemas
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Calcular la potencia de una grúa que es capaz de levantar 30 bultos de cemento
hasta una altura de 10 metros en un tiempo de 2 segundos, si cada bulto tiene una
masa de 50 kg.
Datos:
Fórmula:
P=?
P=W=Fxd
m = 30 x 50 kg = 1500 kg
t
t
h = 10 m
t=2s
g = 9.8 m/s2
F=mxg
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Solución:
F = 1500 kg x 9.8 m/s2 = 14 700 N
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P = 14 700 N x 10 m = 73 500 W
2s
Problemas propuestos
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Una persona levanta una silla cuyo peso es de 49 N hasta una altura de 0.75 m.
¿Qué trabajo realiza?
Respuesta = 36.75 J
• ¿Qué peso (F) tendrá un cuerpo si al levantarlo a una altura de 1.5 metros se realiza
un trabajo de 88.2 joules?
Respuesta = 58.8 N
• Un ladrillo tiene una masa de 1 kg, ¿a qué distancia se levantó del suelo si se realizó
un trabajo de 19.6 J?
Respuesta = 2 m
• Calcula la potencia de una grúa que es capaz de levantar 1 auto hasta una altura de
2 metros en un tiempo de 3.6 segundos, si el auto tiene una masa de 1147 kg.
Referencias
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/termo1p/variables.h
tml