trabajo y energia - Universidad de Cundinamarca

TRABAJO Y ENERGIA
MODULO 5
Autor:
Adriana Rodríguez M.
TRABAJO Y ENERGIA
Contenido
1. Energía
1.1Video explicativo Energía
1.2Propiedades de la energía
1.3Propiedades de la energía
1.4Animación energía
1.5Fuentes de energía
1.6Animación de energía
1.7Formas de energía
1.8Energía térmica
1.9Animación de Movimiento de las partículas en
la materia en estado sólido
1.10Animación de Movimiento de las partículas en
la materia en estado gaseoso
1.11Energía eléctrica
1.12Animación energía
1.13Energía radiante
1.14Animación energía
1.15Energía química
1.16Energía nuclear
1.17Animación
1.18Energía
1.19Video de energía
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TRABAJO Y ENERGIA
2. ENERGIA CINETICA
2.1 animación
2.2 video de energía cinética
2.3 formula de energía cinética
2.4 ejemplo de energía cinética
2.5 animación de energía cinética
2.6 ejercicios explicativos
2.7 ejercicio propuesto
2.8 actividad energía cinética
2.9 evaluación energía cinética
3. ENERGIA POTENCIAL
3.1 que es energía potencial
3.2 Potencia
3.3 anima con energía potencial
3.4 formula energía potencial
3.5 animación energía potencial
3.6 ejercicio explicativo energía potencial
3.7 ejercicio propuesto energía potencial
3.8 Actividad energía potencial
3.9 Evaluación Energía potencial
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TRABAJO Y ENERGIA
4. ENERGIA MECANICA
4.1 animación de energía mecánica
4.2 formula energía mecánica
4.3 animación energía mecánica
4.4 mapa conceptual energía mecánica
4.5 ejemplo de energía mecánica con animación
4.6 ejercicio explicativo energía mecánica
4.7 ejercicio propuesto energía mecánica
4.8 Actividad Energía Mecánica
4.9 Evaluación energía mecánica
5. TRABAJO
5.1 Definición y animación
5.2 video de trabajo
5.3 formula trabajo
5.4 mapa conceptual Trabajo VS energía
5.5 ejercicio explicativo trabajo
5.6 ejercicio propuesto de trabajo
5.7 Actividad de trabajo
5.8 Evaluación
de trabajo
6. FUERZA
6.1 animación de fuerza
6.2 Fuerza constante
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TRABAJO Y ENERGIA
6.3 video de fuerza
6.4 ejercicio explicativo de fuerzas
6.5 ejercicio propuesto de fuerzas
6.6 Actividad de fuerza
6.7 Evaluación de fuerza
7. RESUMEN
8. EVALUACION FINAL DEL MODULO
9. DESCARGABLE
10. GLOSARIO
11. REFERENCIAS
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TRABAJO Y ENERGIA
INTRODUCCION
La palabra energía es una de las que más se
emplea en la actualidad. Has pensado a que se
debe esto? El concepto de energía se emplea
en todas las ciencias y es muy importante en
nuestra vida social. La potencia de un país se
puede medir en términos de la energía que se
consume: cada día nos preocupamos más por
tener autos que sean más eficientes en el
consumo de energía; Los científicos buscan
formas de energía que contaminen menos
nuestro planeta. El caso es que la energía es un
concepto muy importante porque está presente
en la explicación de todos los fenómenos que
nos rodean y sin embargo es muy difícil de
definir. La energía no es algo que las cosas
posean, es más bien un concepto que podemos
definir cuando somos capaces de observar sus
efectos.
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TRABAJO Y ENERGIA
ENERGIA: Energía es la capacidad de un
sistema físico para realizar
un trabajo. La
materia posee energía como resultado de su
movimiento o de su posición en relación con las
fuerzas que actúan sobre ella
Se produce trabajo sólo si existe una fuerza que al
actuar sobre un cuerpo da lugar a su desplazamiento.
Figura1: Energía
PROPIEDADES DE LA ENERGIA:
La ENERGIA es todo aquello que produce
cambios en las propiedades físicas o químicas
de los
sistemas materiales.
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TRABAJO Y ENERGIA
La energía puede almacenarse
La energía puede transferirse
La energía puede transformarse
Pero nunca puede destruirse
FUENTES DE LA ENERGIA: El origen de casi
todas las fuentes de energía es el Sol, que
"recarga los depósitos de energía". Las fuentes
de energía se clasifican en dos grandes grupos:
renovables y no renovables.
DE JUANA, J. M. (coord.) (2003), Energías
Renovables para el Desarrollo.
Paraninfo - Thomson Learning.
Figura 2.Fuentes de energía
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TRABAJO Y ENERGIA
ENERGIA TERMICA: La Energía térmica se debe
al movimiento de las partículas que constituyen
la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá
menos energía térmica que otro que esté a
mayor temperatura.
La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de
temperatura se denomina calor.
ENERGIA ELECTRICA:
La
Energía eléctrica
es
causada por
el
movimiento de las cargas eléctricas en el
interior de los materiales conductores. Esta
energía produce, fundamentalmente, 3 efectos:
luminoso,
térmico
y
magnético.
Ej.:
La
transportada por la corriente eléctrica en
nuestras casas y que se manifiesta al encender
una bombilla.
Rubens D. FUCHS (2003), ransmissao de
Energía Eléctrica. Linhas Aéreas
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TRABAJO Y ENERGIA
Figura3.Energia Eléctrica
ENERGIA RADIANTE:
La Energía radiante es la que poseen las ondas
electromagnéticas como la luz visible, las ondas
de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos
infrarrojo (IR), etc. La característica principal de
esta energía es que se puede propagar en el
vacío, sin necesidad de soporte material alguno.
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TRABAJO Y ENERGIA
ENERGIA QUIMICA:
La Energía química es la que se produce en las
reacciones químicas. Una pila o una batería
poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el
carbón y que se manifiesta al quemarlo.
Figura4.Energia Química
ENERGIA NUCLEAR:
La Energía nuclear es la energía almacenada en
el núcleo de los átomos y que se libera en las
reacciones nucleares de fisión y de fusión, ej.: la
energía del uranio, que se manifiesta en los
reactores nucleares.
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TRABAJO Y ENERGIA
Figura 5 Energía Nuclear
ENERGIA:
Energía es la capacidad de un sistema físico
para realizar trabajo. La materia posee energía
como resultado de su movimiento o de su
posición en relación con las fuerzas que actúan
sobre ella. La radiación electromagnética posee
energía que depende de su frecuencia y, por
tanto, de su longitud de onda. Esta energía se
comunica
a
la
materia
cuando
absorbe
radiación y se recibe de la materia cuando
emite
radiación.
La
energía
asociada
al
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TRABAJO Y ENERGIA
movimiento se conoce como energía cinética,
mientras que la relacionada con la posición del
objeto sobre la Tierra es la energía potencial
gravitacional.
ENERGIA CINETICA: La energía cinética es la
energía que tienen los cuerpos por el hecho de
estar en movimiento. Su valor depende de la
masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v).
Serway, Raymond A.; Jewett, John W.
(2004).Physics for Scientists and Engineers (6th
ed. edición).Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7
Figura6. Energía Cinética
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TRABAJO Y ENERGIA
FORMULA DE ENERGIA CINETICA:
Donde m es la masa del cuerpo en kilogramos
(Kg) y v el módulo de su velocidad en metros
por segundo (m/s).
ENERGIA CINETICA:
La energía cinética es la energía que un objeto
posee debido a su movimiento. La energía
cinética depende de la masa y la velocidad del
objeto según la ecuación
E = (1/2)m.v2
Donde a es la aceleración de la masa m y d es la
distancia a lo largo de la cual se acelera. Las
relaciones entre la energía cinética y la energía
potencial, y entre los conceptos de fuerza,
distancia,
aceleración
y
energía,
pueden
ilustrarse elevando un objeto y dejándolo caer.
Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and
Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves,
Thermodynamics (5th ed. edición). W. H.
Freeman. ISBN 0-7167-0809-4
14
TRABAJO Y ENERGIA
EJEMPLO DE ENERGIA CINETICA:
Cuando el objeto se levanta desde una
superficie se le aplica una fuerza vertical. Al
actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se
transfiere energía al objeto. La energía asociada
a un objeto situado a determinada altura sobre
una superficie se denomina energía potencial. Si
se deja caer el objeto, la energía potencial se
convierte en energía cinética.
Figura7.Caso de energía cinética
ENERGIA POTENCIAL:
POTENCIA: La potencia media se define como el
trabajo efectuado por unidad de tiempo. P = W
/ t.
Es la energía que tienen los cuerpos por ocupar
una determinada posición. Podemos hablar de
energía potencial gravitatoria y de energía
potencial elástica.
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TRABAJO Y ENERGIA
Figura8. Energía Potencial
Energía potencial gravitatoria es aquella energía que
poseen los cuerpos que se encuentran en altura. Esta
energía depende de la masa del cuerpo y de la
atracción que la Tierra ejerce sobre él (gravedad).
FORMULA ENERGIA POTENCIAL:
La energía potencial se mide en julios (J), la
masa en kilogramos (Kg), la aceleración de la
gravedad en metros por segundo al cuadrado
(m/s2) y la altura en metros (m).
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TRABAJO Y ENERGIA
ENERGIA MECANICA:
Se llama “energía mecánica” (EM)a la suma de
las energía cinética y potencial.
De todas las transformaciones o cambios que
sufre la materia, los que interesan a la mecánica
son los asociados a la posición y/o a la
velocidad. Ambas magnitudes definen, en el
marco de la dinámica de Newton, el estado
mecánico de un cuerpo, de modo que éste
puede cambiar porque cambie su posición o
porque cambie su velocidad. La forma de
energía asociada a los cambios en el estado
mecánico de un cuerpo o de una partícula
material recibe el nombre de energía mecánica.
Dicha energía depende de la masa y de la
velocidad de dicho cuerpo.
En la siguiente imagen podemos comprobar la
transformación de la fuerza del viento, que hace
mover las aspas, que es convertida en energía
mecánica, durante el proceso.
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TRABAJO Y ENERGIA
Figura 9, Energía Mecánica
FORMULA ENERGIA MECANICA:
EM = Ec+ Ep= ½ m v2 + m g h
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TRABAJO Y ENERGIA
Figura10. Energía Mecánica
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TRABAJO Y ENERGIA
TRABAJO Y ENERGIA
EJEMPLO DE ENERGIA MECANICA:
Es la energía que se debe a la posición o al
movimiento de un objeto. Cuando el agua de
una represa se desprende, la energía potencial
se convierte en energía cinética y la suma de
ambas conforma la energía mecánica.
Figura 11. Energía Mecánica
TRABAJO Y ENERGIA
TRABAJO:
Figura 12. Trabajo
Es una de las formas de transferencia de
energía entre los cuerpos. Para realizar un
trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un
cuerpo y que éste se desplace.
El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F,
aplicada
sobre
desplazamiento, Δx
ángulo α que
forman
el
cuerpo,
y
del
del coseno
la
fuerza
del
y
el
desplazamiento.
El trabajo, se mide en julios (J) en el SI, la fuerza
en newton (N) y el desplazamiento en metros
(m).
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TRABAJO Y ENERGIA
FORMULA TRABAJO:
W = F · cosα·Δx
El trabajo, se mide en julios (J) en el SI, la fuerza
en newton (N) y el desplazamiento en metros
(m).
Figura 13. Trabajo
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TRABAJO Y ENERGIA
TRABAJO Y ENERGIA
EL
TRABAJO
MODIFICA
LA
ENERGÍA
CINÉTICA
El trabajo es la forma en que los cuerpos
intercambian energía cuando existe una fuerza
que provoca un desplazamiento. Por ello, si se
realiza un trabajo sobre un cuerpo, se modifica
su energía mecánica.
La variación
de
la
energía
cinética
a
consecuencia del trabajo recibe el nombre de
Teorema de las fuerzas vivas.
W = ΔEc = Ec2 - Ec1
EL
TRABAJO
MODIFICA
LA
ENERGÍA
POTENCIAL
De la misma forma que el trabajo puede
modificar la energía cinética de un cuerpo,
también puede modificar su energía potencial.
Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza
vertical que le hace desplazarse en esa misma
dirección con velocidad constante, el trabajo
desarrollado coincide con la variación de
energía potencial que experimenta el cuerpo.
W = ΔEp = Ep2 - Ep1
TRABAJO Y ENERGIA
EL
TRABAJO
MODIFICA
LA
ENERGÍA
MECANICA
Son innumerables los casos en los que el
trabajo modifica, simultáneamente, la energía
cinética y la energía potencial de un cuerpo. Es
decir, modifica la energía mecánica en su
conjunto.
Si sobre un cuerpo actúa una fuerza que
provoca cambios en su velocidad y en su
posición, el trabajo de esa fuerza será igual a la
variación de energía mecánica que sufre el
cuerpo.
W = ΔEM =(Ep2+Ec2)-(Ec1+ Ep1)
FUERZA: Una fuerza es algo que cuando actúa
sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca un
efecto.
Por ejemplo, al levantar pesas, al golpear una
pelota con la cabeza o con el pie, al empujar
algún cuerpo sólido, al tirar una locomotora de
los vagones, al realizar un esfuerzo muscular al
empujar algo, etcétera siempre hay un efecto.
Figura 12. Fuerza
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TRABAJO Y ENERGIA
FUERZA CONSTANTE: La propiedad más
importante para clasificar una fuerza como no
conservativa es cuando esa fuerza produce un
cambio en la energía mecánica, definida como
la suma de la energía cinética y potencial. El
tipo de energía asociada a una fuerza no
conservativa
puede
ser
un
aumento
o
disminución de la temperatura.
Figura 13. Fuerza
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TRABAJO Y ENERGIA
Resumen
Energía Cinética
Si tú empujas un objeto, puedes ponerlo en
movimiento. Un objeto que se mueve puede, en
virtud de su movimiento, realizar trabajo. El
objeto tiene energía de movimiento, o energía
cinética (EC ). La energía cinética de un objeto
depende de su masa y su rapidez. Es igual al
producto de la mitad de la masa por el
cuadrado de la rapidez.
Energía Potencial
Un objeto puede almacenar energía en virtud
de su posición. La energía que se almacena en
espera
de
ser
utilizada
se
llama energía
potencial (EP), porque en ese estado tiene el
potencial para realizar trabajo. Por ejemplo, un
resorte estirado o comprimido tiene el potencial
para hacer trabajo. Cuando se tiende un arco, el
arco almacena energía. Una banda elástica
estirada tiene energía potencial debido a su
posición ya que, si forma parte de una honda,
es capaz de hacer trabajo.
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TRABAJO Y ENERGIA
Energía Mecánica
La definición de la energía mecánica es la suma
de las energías cinética y potencial asociadas a
una masa en un campo gravitatorio. En
ausencia de otras fuerzas la energía mecánica
de un cuerpo en órbita se mantiene constante.
EM = Ec+ Ep= ½ m v2 + m g h
Glosario
 UV: La "luz" ultravioleta es un tipo de radiación
electromagnética, La luz ultravioleta (UV) tiene una
longitud de onda más corta que la de la luz visible.
 IR: La radiación infrarroja o radiación térmica es un
tipo de radiación electromagnética de mayor
longitud de onda que la luz visible. Los procesos de
calentamiento con emisores de infrarrojos destacan
por una alta rentabilidad, debido a que la energía
del calor se transmite a través de emisiones
electromagnéticas. El cuerpo irradiado absorbe la
emisión infrarroja y la transforma en calor.
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TRABAJO Y ENERGIA
 FUERZA: Cualquier acción que altera el estado de
reposo de un cuerpo, o el estado de movimiento
uniforme de un cuerpo. Se mide en Newton (N).
 VELOCIDAD: Razón de cambio en la posición de
un objeto. Se mide en m/s.
 ACELERACION: El cambio en la velocidad de un
objeto en un tiempo determinado. Se mide en
metros por segundo, m/s2.
 MASA: Cantidad de materia. Se mide en gramos
(g).
 JULIOS: La unidad de energía. Se define como el
trabajo hecho cuando una fuerza de un newton
mueve un objeto a través de un metro de distancia.
 NEWTON: neutonio o neutón (símbolo: N) es la
unidad de fuerza en el Sistema Internacional de
Unidades, nombrada así en reconocimiento a Isaac
Newton por su aportación a la física, especialmente
a la mecánica clásica.
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TRABAJO Y ENERGIA
Ejercicios Propuestos
1.
Calcula la energía potencial que posee un
libro de 500 gramos de masa que está colocado
sobre una mesa de 80 centímetros de altura.
2.
En una curva peligrosa, con límite de
velocidad a 40 kilómetros/hora, circula un coche a
36 kilómetros/hora. Otro, de la misma masa, 2000
kilogramos, no respeta la señal y marcha a 72
kilómetros/hora.
a.
¿Qué energía cinética posee cada uno?
b.
¿Qué
consecuencias
deduces
de
los
resultados?
3.
Las bombillas de incandescencia pierden casi
toda la energía en energía térmica: de cada 100 J
desperdician aproximadamente 95. Las lámparas
de bajo consumo se calientan muy poco. Su
rendimiento viene a ser el 25 %, pero son más
caras.
a.
Cuando gastan 3000 J de energía eléctrica,
¿qué energía luminosa dan?
b.
¿Cuál de las dos lámparas es más ventajosa?
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4.
Calcula la energía cinética de un coche de
500 kg de masa que se mueve a una velocidad de
100 km/h.
5.
El conductor de un coche de 650 kg que va a
90 km/h frena y reduce su velocidad a 50 km/h.
Calcula:
a.
La energía cinética inicial.
b.
La energía cinética final.
6.
Calcula la energía potencial gravitatoria de un
cuerpo de 30 kg de masa que se encuentra a una
altura de 20 m.
7.
Una pesa de 18kg se levanta hasta una altura
de 12m y después se suelta en una caída libre.
¿Cuál es su energía potencial?
8.
Determine la energía cinética de un auto que
se desplaza a 3 m/s si su masa es de 345 kilos.
9.
A qué altura debe de estar elevado un costal
de peso 840 kg para que su energía potencial sea
de 34. 354 J.
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TRABAJO Y ENERGIA
10.
Una maceta se cae de un balcón a una
velocidad de 9,81 m/s adquiriendo una energía
cinética de 324 ¿cuál es su masa?
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TRABAJO Y ENERGIA
Referencias
[1] Araceli Antras, “Encyclopedia tematica oceano”
(edicion 1999),
in Spain, 2nd ed, 1999. Pag
170-336
[2] Paul Tippens Física I
Conceptos y
Aplicaciones(Mcg raw hill). 1997
Trabajo
energía y potencia pág.146-168
[3] Beatriz Estivali, Elena Casillas “Fisica General
”2003
Física Feynman, Volumen I: Mecánica radiación y
calor. Fernman, Leigton, Sands. Adiisson-Wesley
Iberoamericana USA, 1987
[4] Física Feynman, Volumen II: Electromagnetismo
y Materia. Fernman, Leigton, Sands. AdiissonWesley Iberoamericana USA, 1987.
[5] Fascia, Volume I, Paul A. Tipler. Editorial
Reverte,S.A. Bilbao, 1995
[6] Trabajo y Energía (2013). Recuperado el 12 de
enero
de
2013
http://www.fisicacollazos.260mb.com/archivos/t
rabajoyenergia.pdf/
[7] Energía (2013) Recuperado el 12 de enero de
2013,
de
http://jaimevp.tripod.com/Electricidad/energi0
1.HTM
[8] Energía Potencial Cinética (2013) Recuperado el
12
de
enero
de
2013,
de
http://www.slideshare.net/andresfelipezapata/e
nergia-potencial-cinetica
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TRABAJO Y ENERGIA
Módulo 5 Trabajo y Energía
Universidad de Cundinamarca
Facultad Ingeniería
Programa Ingeniería de Sistemas
Fusagasugá
2013
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