6° B FÍSICA

Trabajo y Energía

¿Qué es el trabajo?

"Producto de la fuerza por el camino que recorre su punto de aplicación y por el coseno del ángulo que forma la una con el otro".

¿Qué es la energía?

"Capacidad para realizar un trabajo".

¿Qué es la potencia?

"Cantidad de energía producida o consumida por unidad de tiempo".

Una de las formas de trasmisión es el trabajo mecánico. Para que un cuerpo realice trabajo mecánico es necesario que se desplace bajo la acción de fuerzas aplicadas en dirección del movimiento, es por ello que no realizas trabajo cuando caminas horizontalmente llevando un bolso en la mano, o una mochila a la espalda; tampoco hay trabajo, al mantener una pesada carga sobre tu cabeza.

Un mismo trabajo puede realizarse en diferentes intervalos de tiempo, al subir corriendo o caminando una escalera, el valor numérico del trabajo es igual. También se emplea el mismo trabajo en subir una pesada carga mediante una polea o utilizando una grúa u otro mecanismo. La regla de oro de la mecánica expresa la imposibilidad de ganancia de trabajo mecánico, utilizando cualquier dispositivo o mecanismo.

Para medir la rapidez con que se realiza un trabajo dado se introduce el concepto de potencia, mientras mayor sea la potencia, más rápido se realiza el trabajo. Así, mientras mayor sea la potencia de un motor, más rápido sube una determinada cantidad de agua a un edificio o una moto con mayor potencia, alcanzará una velocidad mayor en menos tiempo comparada con otra de menor potencia.

El concepto de potencia, de forma general, se relaciona con la rapidez con que se trasmite o transforma energía, constituyendo uno de los parámetros a tener en cuenta a la hora de utilizar o comprar un determinado equipo. El uso de equipos de alto consumo energético trae nefastas consecuencias a la economía doméstica y nacional, por lo que en los últimos años se realizan campañas para promover el uso de equipos menos consumidores (de baja potencia).

La búsqueda de alternativas y nuevas formas de aprovechar la energía es una tarea priorizada de la Física actual.

RESPONDE:

Analiza las siguientes situaciones y decide en cuáles se realiza trabajo:

a) se lanza un bloque sobre la superficie de una mesa horizontal y al cabo de cierto tiempo se detiene;

b) un bloque se encuentra en reposo apoyado sobre una mesa;

c) se levanta una maleta desde el piso hasta cierta altura;

d) se calienta un cuerpo a la llama de un mechero; e) la Tierra se mueve alrededor del Sol;

f) un cuerpo está cayendo desde cierta altura;

g) se golpea con un martillo un pedazo de metal y este eleva su temperatura;

h) un bloque se mueve sobre una mesa horizontal sin fricción con velocidad constante;

i) un cuerpo de metal colocado al sol eleva su temperatura;

j) una maza choca con una pared y la destruye.

Algunas formulas:

Trabajo: W=F·d·cosα

Energía cinética: Ec=(m.v²)/2

Energía potencial: Ep=m.g.h

Energía elástica: Ee=(k.d²)/2

SIENDO SUS UNIDADES EN JULIOS (J).

G= 9,8 M/S²

K= CONSTANTE ELÁSTICA

CONCEPTOS DE MASA, FUERZA Y PESO

 ¡No confundamos masa con peso!

 Masa: Es la cantidad de materia que tienen los cuerpos, la cual se mantiene constante en cualquier lugar de la Tierra.

Peso: Es la fuerza con la que la Tierra atrae a los cuerpos, el cual varía con la posición geográfica. Es muy común que se confunda masa y peso, y ello se debe, entre otras cosas, a las siguientes razones: Hay una unidad de peso (kilogramo-fuerza) que tiene el mismo nombre que una unidad de masa (kilogramo-masa). A 45º de latitud y a nivel del mar, un cuerpo que pesa 1 kg uur (fuerza) tiene una masa de 1 kg (masa).

En los demás lugares de la Tierra, el peso cambia y la masa no.

Las unidades de fuerza y peso son las mismas que las de peso, es decir: el kilogramo-fuerza ( kg F), el newton (N).

FUERZAS : ESTATICA

 Es la parte de la Física que estudia las fuerzas que actúan sobre un cuerpo en equilibrio, o sea, aquellos cuya fuerza resultante es nula.

 FUERZA: es toda causa que permite modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o bien que puede deformar o modificar un movimiento ya existente, mediante un cambio de velocidad o de dirección. Por ejemplo, al levantar un objeto con las manos se realiza un esfuerzo muscular, es decir, se aplica una fuerza sobre un determinado cuerpo. El peso de un cuerpo, se define como la fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre dicho cuerpo. La aplicación de una fuerza muscular puede deformar un cuerpo, por ejemplo, una lámina o un resorte. Clases de fuerzas: la fuerza puede ejercerse por contacto o a distancia.

FUERZAS DE CONTACTO Y A DISTANCIA

 De acuerdo con el modo en que interactúan los cuerpos, las fuerzas pueden actuar por contacto o a distancia.

 La fuerza a distancia: es la que se produce sin contacto entre los cuerpos que accionan uno sobre otro. Ejemplos: a) La fuerza magnética que ejerce un imán, a distancia sobre un clavo colocado cerca; b) La fuerza eléctrica que existe entre dos cuerpos cargados de electricidad contraria; c) La fuerza de gravedad que ejerce la Tierra sobre cualquier objeto o cuerpo.

 Ejemplos: un pájaro, un globo, un avión, etc., que se levantan del suelo no escapan a la gravedad; la Tierra continúa ejerciendo sobre ellos, a distancia, una fuerza de atracción, tanto más débil cuanto más se eleva el objeto.

La fuerza por contacto: es la fuerza que un cuerpo aplica a otro en contacto con él. Ejemplos: a) la fuerza muscular desarrollada por un hombre o un animal para poner un cuerpo en movimiento, impedirlo o modificarlo; b) la fuerza elástica resultante de la deformación de un cuerpo elástico, por ejemplo, las gomas de una honda; c) la fuerza por empuje, ejercida por un gas comprimido, el aire o el agua en movimiento (sobre las velas de un bote, sobre los álabes de una turbina hidráulica, etc.); d) la fuerza por frotamiento que se produce al oprimir un cuerpo sobre otro en movimiento, por ejemplo, al accionar el freno sobre las ruedas de un vehículo en marcha. Características de una fuerza: una fuerza se caracteriza por tener cuatro elementos:

 Punto de aplicación

Dirección

 Sentido

 Intensidad

FUERZA DE GRAVEDAD

Es una fuerza de atracción que varía según la masa de los cuerpos y la distancia que hay entre ellos. Es universal. Las imágenes transmitidas a la Tierra por las naves espaciales que trazan órbitas a cientos de miles de kilómetros del planeta muestran que los astronautas flotan en sus cabinas y los movimientos de los hombres que hollaron la Luna parecen tomados a cámara lenta. En ambos casos, el fenómeno obedece a la ley de la gravitación universal, cuyo enunciado por parte del británico Isaac Newton en 1687 dice: “Dos partículas materiales, por el solo hecho de poseer una masa, es decir, una cantidad de materia, se atraen y experimentan una aceleración producida por la acción de la fuerza de atracción universal o fuerza de la gravitación”.

La interacción gravitatoria es la menos intensa de todas las interacciones físicas conocidas. Sólo cuando interviene una masa de gran magnitud, como la de la Tierra, por ejemplo, esta fuerza alcanza valores altos. En tales términos, la gravitación es la fuerza de atracción que afecta a todo cuerpo y, análogamente, la aceleración gravitatoria es aquella a la que se ve sometido el cuerpo por tal fuerza. En el Sistema Solar, la fuerza gravitacional que existe entre los astros que lo componen y el movimiento de los mismos, determinan sus órbitas alrededor del Sol. La Tierra posee un campo gravitacional, por lo que ejerce una atracción hacia su centro sobre los cuerpos de su entorno. El peso de los cuerpos es la fuerza de gravedad que ejerce un cuerpo muy masivo (Tierra y otros astros) sobre ellos.

FUERZA MAGNETICA

Se produce cuando las cargas eléctricas de ciertas sustancias se encuentran en movimiento. Las sustancias que tienen esta propiedad se denominan imanes. William Gilbert, se interesó por la naturaleza de los fenómenos magnéticos de la materia y describió acertadamente a la Tierra como un gigantesco imán cuyos polos magnéticos coinciden de modo aproximado con los de su eje de rotación. Magnetismo es la disciplina de la física que estudia el origen y las manifestaciones de los fenómenos magnéticos, observables en las fuerzas de atracción y repulsión ejercidas por determinados metales, como el hierro, el cobalto y el níquel. Dicha ciencia establece como causa de las interacciones magnéticas la presencia de cargas eléctricas en movimiento. El campo magnético terrestre, apreciable con una simple brújula. Según la teoría dinámico-magnética, el origen del magnetismo terrestre, según se desprende de las anteriores consideraciones, debe localizarse en las corrientes eléctricas del núcleo metálico del planeta, y esta variabilidad indica que dicho núcleo se halla en movimiento, de modo que los ríos de metal fundido asumen el papel de espiras conductoras creadoras de campos magnéticos. La Tierra se comporta como si en su interior tuviera un imán de barra, el cual se encontraría inclinado respecto al eje terrestre, con su polo norte magnético dirigido hacia el polo sur terrestre y con su polo sur magnético dirigido hacia el polo norte terrestre. Por tanto, al dejar que se mueva libremente un imán o la aguja de una brújula, éstos se orientan con su polo norte magnético dirigido hacia al norte geográfico y con su polo sur magnético dirigido hacia el sur geográfico. Los imanes poseen dos polos magnéticos. Los polos iguales se atraen y los polos opuestos, se rechazan. Las fuerzas ejercidas por un campo magnético pueden alterar la circulación de la corriente eléctrica de un conductor, y la corriente eléctrica puede generar campos magnéticos. Los imanes generan un campo magnético que afecta a los objetos metálicos que se encuentran en su entorno.

FUERZA DE ROZAMIENTO

 La fuerza de rozamiento surge entre dos cuerpos puestos en contacto cuando uno se mueve respecto al otro. Sobre cada uno de ellos aparece una fuerza de rozamiento que se opone al movimiento. El valor de la fuerza de rozamiento depende de: a) tipo de superficies en contacto (ej. madera, metal, plástico/granito, etc), b) del estado de la superficies, que pueden ser pulidas, rugosas, etc. (ej. madera compacta finamente lijada, acero inoxidable) y c) de la fuerza de contacto entre ellas. El tipo y las condiciones de la superficie se representan por un número llamado coeficiente de rozamiento y la fuerza de contacto por N llamada normal de reacción: La fuerza de rozamiento no siempre alcanza el valor dado por la fórmula (ese es su valor máximo). En realidad la fuerza de rozamiento cuando se tira de un cuerpo pasa de cero a ese valor máximo y va tomando los valores iguales y opuestos a la fuerza de tracción para neutralizarla. Cuando la fuerza de tracción paralela al plano es mayor que la Fr (máxima), el cuerpo se desliza.

LA FUERZA PESO

 Cada partícula de un cuerpo es atraída por la Tierra con una fuerza igual al peso de esa partícula. El sentido de cada una de esas fuerzas está dirigido hacia el centro de la Tierra y se las considera paralelas entre sí.  De tal manera, se considera a la fuerza Peso del cuerpo como la resultante de todas esas fuerzas paralelas. El Peso de un cuerpo es la fuerza con que el cuerpo es atraído hacia el centro de la Tierra. El vector Peso de un cuerpo sigue la dirección de la vertical, y su punto de aplicación se denomina centro de gravedad o baricentro.

El centro de gravedad de una esfera se encuentra en su centro.

En un cilindro se encuentra en el punto medio de su eje.

El centro de gravedad de un paralelogramo se encuentra en el punto de intersección de sus diagonales.

El centro de gravedad de un triángulo está en la intersección de sus medianas.

 El centro de gravedad de un circulo o de un aro se halla en su centro.

Formulas leyes de Newton:

Fuerza: F=m.a; unidad: N (Newton)

Aceleración: a=F/m; unidad: m/s²

Masa: m= F/a; unidad: kg.

Masa: m= w.g; unidad: kg.

Peso: w=m/g; unidad: N

ACTIVIDADES DE REPASO.

UNIDADES:

1.  ¿ En qué unidades del SIMELA se miden las siguientes magnitudes ?

Tiempo		Velocidad
Superficie		Aceleración
Masa		Distancia
Densidad		Peso
Temperatura		Volumen

2. Un carpintero midió la superficie de un trozo de madera con una cinta métrica y anotó “la superficie de la madera es de 600 cm²”. ¿Quién es el observador?   ............................................................................................................ ¿Qué instrumento empleó en la medición?.............................................................................. ¿Cuál es el valor de la cantidad obtenida?.............................................................................. ¿Cuál es la unidad utilizada?.......................................................................................................

EJERCICIOS TRABAJO Y ENERGÍA.

1.      Se tiene un resorte cuya longitud es 45 m, y su constante elástica es 140 N/m. Dejando fijo un extremo. Se pide: Determinar  la fuerza elástica.

2.      Una pelota de béisbol de 0,6 kg de masa se lanza a 37 m/s (a)¿Cuál es su energía cinética?

3.      Una pelota de béisbol se lanza desde el centro del campo hasta la segunda base y su velocidad disminuye  hasta 65 m/s. Si su masa es de 1,5 kg, ¿Cuál es su energía cinética?

4.      Una pelota de masa 5kg cae verticalmente una distancia de 37 m. (a)¿Cuál es la energía potencial sobre la pelota?

ESTATICA: LEYES DE NEWTON

1)   Una señora empuja su carro de supermercado con una fuerza de 5N, y una aceleración de 1,5m/s². Calcular a) masa   b)  peso.

2)   Una fuerza le proporciona a la masa de 7Kg una aceleración de 9m/s². Calcular la fuerza.

3)   Una pelota de masa igual a 2,8kg, al moverse genera una fuerza de 17N. Calcular:

a)     Aceleración

b)    Peso

4)   Se desea saber el peso de un acoplado que circula con una fuerza de 123N y una aceleración de 78m/s².