trabajo y enrgia

8/16/2019 Trabajo y Enrgia

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Trabajo y energía

En esta presentación: Se explorarán los conceptos de energía y

transferencia de energía.

Se estudiarán los principios de conservación de

energía y eficiencia de transferencia de energía.


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Trabajo y energía

Energía y máquinas

"as má!uinas facilitan la realización de trabajo. "as má!uinas mecánicassimples alcanzan este objetivo mediante las siguientes funciones:

# $ransferencia de una fuerza de un punto a otro.

%ara entender el concepto de energía debemos revisar primero dosdefiniciones importantes: fuerza y trabajo.

%ara lograr !ue una má!uina simple funcione, se re!uiere de una fuente de

energía, de modo !ue ésta pueda realizar la transferencia de energía.

# Cambio de la dirección de una fuerza.

# &ncremento de la magnitud de una fuerza.

# 'umento de la distancia recorrida o la velocidad del punto de aplicaciónde una fuerza.

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Trabajo y energía

i una fuerza neta es aplicada aun objeto, éste acelerará.

uerza

eg(n la segunda ley de )e*ton:

!a aceleración de un cuerpo

es directamente proporcional

a la fuerza que act"a sobre #l$e inversamente proporcional

a su masa.

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mayor fuerza +igual masa -mayor aceleración

'celeración 'celeración

uerza uerza

mayor masa +igual fuerza -menor aceleración

'celeración

uerza uerza

'celeración


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Trabajo y energía

"a segunda ley de )e*ton see/presa mediante la ecuación:

Ecuación de fuerza

donde es la fuerza en ne*tons,m la masa en 0ilogramos y a laaceleración en m1s2.

"a fuerza se mide en ne%tons.3n ne*ton es la fuerza re!ueridapara acelerar una masa de 40ilogramo a una razón de 4 metropor segundo cada segundo +m1s2.

& m a

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'celeración ( m)s*

uerza ( +

,asa

( -g

a & )m

2.55 m1s2

4.66 m1s2

7888 )

7888 )

4988 0g6888 0g


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Trabajo y energía

(

/uál de las siguientes situaciones es cierta si se duplica la "nica

fuerza aplicada a un objeto0

1regunta

' u aceleración se duplica.

u aceleración se reduce a la mitad.

C u masa se duplica.

; u masa se reduce a la mitad.


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Trabajo y energía

3na fuerza !ue e/perimentamos continuamente es la gravedad. $odosestamos familiarizados con el término peso, !ue es la fuerza !ue la tierraejerce sobre los objetos.

uerza de gravedad

Científicamente, el peso se mide en ne*tons +ya !ue es una fuerza, como

& m a, el peso es igual a la masa del cuerpo en 0ilogramos, multiplicadopor la aceleración de gravedad, !ue es de apro/imadamente


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Trabajo y energía

*

!a gravedad de la !una es muc6o menor que la de la tierra. Si un

objeto tiene una masa de * -ilogramos en la tierra$ cómo sería su

masa en la !una0

1regunta

' ?enor ya !ue la gravedad de la "una es más pe!ue@a.

?ucAo mayor ya !ue la gravedad en la "una es mucAo menor.

C ería la misma ya !ue la gravedad afecta el peso y no la masa.

; "a misma ya !ue la gravedad afecta la masa, no el peso.


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Trabajo y energía

78'9':; &


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Trabajo y energía

uerza

elevadora

"evantar del piso una masa es unejemplo sencillo de trabajo.

Ejemplos de trabajo

?esplazamiento

%ara levantar una masa se debeaplicar una fuerza elevadora !uecontrarreste la fuerza de gravedad!ue act(a sobre la masa +supeso para crear un movimientovertical y por ende undesplazamiento.

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1eso


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Trabajo y energía

@


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Trabajo y energía

Ejemplos de trabajo

"os ciclistas también realizan un trabajo, ya !ue para mantenerse enmovimiento tienen !ue ejercer fuerzas !ue les permiten vencer la fricciónen los rodamientos y resistencia al avance producida por el aire.

' medida !ue el ciclista asciendeAasta alcanzar el punto más alto,va acumulando energía

+potencial debido al trabajorealizado, la cual lo ayudará abajar la pendiente.

Cuando un ciclista sube una

cuesta, se re!uiere un trabajoadicional en contra de la fuerzade gravedad.

$rabajo y energía son dos conceptosíntimamente relacionados.

esistencia del aire

ricción

uerza necesaria para vencer la

resistencia del aire y la fricción

)ormal

%eso

uerza necesaria paravencer el peso

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Trabajo y energía

(

*d(

d*

i ignoramos el trabajo perdidodebido a la fricción y lasineficiencias de la má!uina, lacantidad de trabajo producido poruna má!uina es igual la cantidad

de trabajo aplicado a la misma.

7rabajo y máquinas

donde4 - fuerza aplicada,2 - fuerza de salida,d4 - distancia vertical

!ue se desplazael punto donde seaplica la fuerza,

d2 - distancia vertical!ue se mueve la

carga.

( 2 d( & * 2 d*

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Trabajo y energía

Energía es la capacidad derealizar un trabajo. "a unidadde energía es el joule +, !uees el trabajo realizado cuandouna fuerza de 4 ne*ton +) mueve

un objeto una distancia de 4 metro,de modo !ue 4 - 4 )m.

Energía mecánica

Fay dos tipos principales de energía mecánica: la energía potencial y laenergía cin#tica.

E/isten otras formas de energía, entre ellas están las energías eléctrica,!uímica, interna +térmica, luminosa, magnética, sonora y nuclear.

Energía mecánica = F d

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uerza ( +

( joule B:C &

?istancia ( m

uerza ( +

( joule B:C &


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Trabajo y energía

"a energía potencial +EP es laenergía !ue posee un cuerpo osistema debido a su posicióno condición.

Energía potencial

3na pesa levantada, un resorte

comprimido, una batería cargadao un ciclista en la cima de unamonta@a, son casos en los !uee/iste energía potencial.

"a energía potencial puedeentenderse como la capacidad !ueposee un cuerpo de realizar untrabajo en alg(n momento futuro.

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Trabajo y energía

"os campos gravitacionales ejercenfuerzas !ue generan energíapotencial gravitacional.

Energía potencial gravitacional

;onde:# E%G es la energía en joules +

# m es la masa en 0ilogramos +0g# g es la aceleración de gravedad+ aceleración de gravedad - peso.

E1D & m g 6

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'celeracióndebida a lagravedad

' l t u r a

"a energía potencial gravitacional

puede calcularse usando la ecuación:


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Trabajo y energía

?e los siguientes$ cuál es un ejemplo de utilización de la energía

potencial gravitacional0

1regunta

' 3na batería cargada.

3n resorte estirado.

C 3na banda de goma estirada.

; 3n embalse con su represa.


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Trabajo y energía

Energía cinética es la energíade una masa en movimiento.

Energía cin#tica

donde E C es la energía cinética en joules +, m es la masa en 0ilogramos+0g y v es la velocidad en metros por segundo +m1s.

?ientras mayor sea la masa o

la velocidad a la !ue dicAamasa se mueve, mayor será lacantidad de energía cinética.

Hsta puede calcularse usando la ecuación:

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Ec - 68888

28 m1s

4988 0g6888 0g

28 m1s

Ec - 58888

24Ec- mv2


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Trabajo y energía

A

/uál de los siguientes objetos posee energía cin#tica0

1regunta

' El agua !ue desciende en una represa.

3n resorte contrayéndose.

C 3n libro !ue cae de una repisa.

; $odos los anteriores.


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Trabajo y energía

"os circuitos eléctricos obtienen la energía eléctrica de una fuente dealimentación +batería, toma eléctrica, etc..

Energía el#ctrica

Cuando los electrones circulantesrealizan un trabajo se produce unatransferencia de energía.

"a cantidad de energía depende de lavelocidad y el n(mero de electrones

!ue circulan en dicAo circuito.

?edimos la energía entregada+trabajo realizado por esoselectrones en términos de Ijoules porcoulomb de cargaJ o voltios, !ue esla diferencia de potencial +energía.

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Trabajo y energía

"os motores de combustión, eléctricos y mucAas otras má!uinas sonutilizadas para realizar trabajos y transformar energía de un tipo a otro+de cinética a potencial o de eléctrica a mecánica, por ejemplo. Este proceso se conoce como transferencia de energía.

7ransferencia de energía

"a figura muestra una batería yun motor. El motor convierte la

energía eléctrica suministradapor la batería en energíamecánica cinética (til, !uepuede usarse para girar olevantar una carga.

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Energía eléctricaEnergía cinética

"os motores eléctricos transforman la energía eléctrica en energíamecánica de sus piezas móviles, pero también producen energía interna nodeseada !ue calienta dicAas partes en movimiento.


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Trabajo y energía

Energía eléctrica

Energía cinética

?otor

"a energía eléctrica utilizada por el motor puede calcularse usando laecuación:

?e el#ctrica a mecánica

i K es el voltaje aplicado al motoren voltios, I es la corriente !uefluye por el motor en amperios yt es el tiempo en segundos !ue elmotor está encendido, entonces la

energía eléctrica !uedaráe/presada en joules.

Energía eléctrica = V 2 I 2 t

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Trabajo y energía

"a ley de la conservación de laenergía es una de las leyesfundamentales de la física.

/onservación de la energía

"a misma establece !ue

la energía no se crea nise destruye, pero puedetransformarse de una aotra forma.

%or lo tanto, la cantidad total de

energía de cual!uier sistema ogrupo de sistemas aislados semantiene constante.

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E n e

r g í a

d e e n t r a d a

Energía

aprovecAada

Energía

desperdiciada


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Trabajo y energía

/onservación de la energía

i durante una transferenciade energía parece AaberseIperdidoJ parte de ésta, espor!ue una fracción de ella setransforma en energía sinutilidad, como el calor.

"a energía está siendoconstantemente

transformada de una aotra forma. ;urante esastransformaciones se

desperdicia algo deenergía, por ejemplo, enforma de calor o ruido.

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E n e

r g í a

d e e n t r a d a

Energía

aprovecAada

Energía

desperdiciada


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Trabajo y energía

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!a ley de la conservación de la energía establece queF

1regunta

' 3na má!uina es un dispositivo !ue aumenta la energía de un sistema.

$oda la energía entregada por una má!uina es aprovecAada.

C "a energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

; "a energía se transforma siempre de potencial a cinética.


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Trabajo y energía

4 8 8 8 C

9 8 C


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Trabajo y energía

i la batería proporciona 4888 de energía eléctrica, y el motor produce


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Trabajo y energía

"a potencia se define normalmentecomo la cantidad de trabajo !ue undispositivo realiza por unidad detiempo. En otras palabras, la razóna la cual convierte la energía de

una forma a otra.

1otencia y energía

donde el trabajo se e/presaen joules + y el tiempo ensegundos +s.

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?istancia?istancia

7rabajo &

(GGG :

t & *G s

trabajo realizado1otencia &

tiempo utilizado

"a potencia se mide en joules porsegundo o vatios +B.


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Trabajo y energía

1otencia y energía

i la energía eléctrica - trabajo realizado - V > I > t , y lapotencia - trabajo realizado 1 tiempo utilizado,

1 & I H

entonces, al combinar ambas fórmulas se obtiene la relación:potencia en vatios - corriente en amperios > voltaje en voltios.

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Trabajo y energía

I

/uál de las siguientes expresiones define correctamente potencia0

1regunta

' "a velocidad con la !ue un dispositivo puede realizar un trabajo.

"a fuerza utilizada por un dispositivo para realizar un trabajo.

C "a energía utilizada por un dispositivo para realizar un trabajo.

; "a eficiencia de un sistema en la transferencia de energías.


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Trabajo y energía

Conocer y comprender los conceptos de energía ytransformación de energía.

er capaz de realizar cálculos de fuerza, trabajo y energía.

Comprender el principio de la conservación de la energía.

'l completar esta presentación, deberías ser capaz de:

8esumen

Comprender el concepto de potencia.

in >

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