TRABAJO - ENERGÍA

EESOPI Nº 8040
FISICA
Profesor O.D. Alarcón
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TRABAJO - ENERGÍA - POTENCIA
TRABAJO DE UNA FUERZA (W)
Una fuerza F constante genera trabajo W cuando, aplicada a un cuerpo, lo desplaza a lo
largo de una determinada distancia d.
Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al
mismo, por lo que puede decirse que el TRABAJO ES ENERGÍA EN MOVIMIENTO.
Por otra parte, si una fuerza constante no produce movimiento entonces no se realiza
trabajo. Por ejemplo, el sostener un libro con el brazo extendido no implica trabajo alguno
sobre el libro, independientemente del esfuerzo necesario.
Cuando la fuerza tiene la dirección de movimiento su expresión matemática es:
W=F.d
W: Trabajo realizado por la fuerza
d: distancia
Quiere decir que para que haya W deberá haber una F, un desplazamiento (movimiento)
hacia determinada distancia.
Cuando la fuerza aplicada tiene una inclinación α con respecto al movimiento.
Aplicamos una F con un ángulo α con el sentido del movimiento para desplazar el cuerpo
una distancia d.
W = F.d.cos α
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Cuando F es perpendicular al sentido del movimiento no realiza ningún trabajo porque el
coseno de 90º es nulo.
ENERGÍA
La magnitud denominada energía enlaza todas las ramas de la física y se define como la
capacidad para realizar un W. En el ámbito de la física es imposible realizar un W sin
suministrar E para realizarlo.
En el sistema internacional la E se expresa en Joule (J).
Si consideramos que W es el producto de una F por una d decimos que el Joule es el trabajo
necesario para una F de 1 Newton desplace un cuerpo una distancia de 1 m. O sea que:
Cuando se aplica una F de 1 Dyna para desplazar un cuerpo 1 cm se realiza 1 ERGIO de W, tal
que:
2 2
1 ERGIO = 1 dy . cm = 1 g.cm /s
Algunos consideran esta unidad un poco anticuada. Su equivalencia es:
1 ergio = 10-7 Joules
La unidad de E en el sistema técnico se llama KILOGRÁMETRO:
1 kgm = 1 kgf . m
Otras unidades de W o E son:
CALORÍA: cantidad de E calórica necesaria para elevar en 1 ºC la T de 1 kg de agua pura.
1 Cal = 4,18 Joules
La ley de conservación de la E afirma que la cantidad total de E en cualquier sistema físico
aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque
dicha E puede transformarse en otra forma de E. En resumen, la ley de la conservación de la
E afirma que la E no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra,
por ejemplo, cuando la E eléctrica se transforma en E calórica en un calefactor.
Existen muchas formas de energía: energía potencial eléctrica y magnética, energía cinética,
energía acumulada en resortes estirados, gases comprimidos o enlaces moleculares, energía
térmica e incluso la propia masa.
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ENERGÍA CINÉTICA (Ec)
La energía cinética ( Ec ) es la E del movimiento tal que cuando una F aumenta la velocidad
(v) de un cuerpo también se realiza W, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un
avión por el empuje de sus reactores.
Cuando un cuerpo se desplaza con M.R.U.V. desarrolla energía cinética ( Ec ) tal que:
Ec = ½.m.v²
W=F.d
W = Ec
F.d=½.m.v²
El trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es igual a la
variación de la energía cinética de dicha partícula.
Δ Ec = Ec2 - Ec1
W = Ec2 - Ec1
F . d = ½ . m . (v2² - v1²)
Δ Ec: Variación de la energía cinética.
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ENERGÍA POTENCIAL (Ep)
Es la E de un cuerpo en reposo, o sea que no hay v pero si debe haber una altura (h).
Cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa que se encuentra
a una altura h, por ejemplo, se realiza W al tener que vencer la F de la gravedad, dirigida
hacia abajo; la E comunicada al cuerpo por este W aumenta su energía Ep.
Si se realiza trabajo para elevar un objeto a una altura superior, se almacena energía en
forma de Ep gravitatoria.
Cuando un cuerpo varía su altura desarrolla energía potencial.
Ep = P . h = m . g . h
W = F.d ⇔ W = Ep ⇔ P.d = m.g.h
El trabajo realizado por la fuerza peso a lo largo de una altura h es igual a la variación de la
energía potencial.
Δ Ep = Ep2 - Ep1
W = Ep2 - Ep1
P . d = m . g . (h2 - h1)
Δ Ep: Variación de la energía potencial
En todas las transformaciones entre un tipo de energía y otro se conserva la energía total, y
se conoce como teorema de la energía mecánica (Δ EM). Por ejemplo, si se ejerce trabajo
sobre una pelota de goma para levantarla, se aumenta su energía potencial gravitatoria. Si se
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deja caer la pelota, esta energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética.
Cuando la pelota choca contra el suelo, se deforma y se produce fricción entre las moléculas
de su material. Esta fricción se transforma en calor o energía térmica.
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