Transcript Segunda ley de Newton

Conceptos Básicos:
Ley de Newton
• Isaac Newton (1642 - 1727)
• Las leyes de Newton se
formularon en la obra Principia
Mathematica de Newton, y se
tratan de las tres leyes que
forman la base de la física clásica
que dominó el panorama
científico durante tres siglos.
• Los enunciados de las tres leyes
de Newton son los siguientes:
LEYES DE NEWTON
Primera ley o ley de inercia
Segunda ley o Principio
Fundamental de la Dinámica
Tercera ley o Principio de acciónreacción
Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o
de movimiento rectilíneo uniforme a menos que
otros cuerpos actúen sobre él.
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es
directamente proporcional a su aceleración.
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste
ejerce sobre el primero una fuerza igual y de
sentido opuesto.
Primera ley de Newton (Ley de la inercia)
• Un cuerpo en reposo continúa en reposo y un cuerpo en
movimiento continúa siguiendo el mismo movimiento a
no ser que sobre él actúe una fuerza.

La primera ley especifica que todo cuerpo continúa en su
estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a
menos que actúe sobre él una fuerza que le obligue a
cambiar dicho estado.
Primera ley de Newton (Ley de la inercia)
Este principio establece que la materia es inerte, en tanto
que por sí misma no puede modificar su estado de reposo
o movimiento. Así, pues, constituye una definición de la
fuerza como causa de las variaciones de velocidad de los
cuerpos e introduce en física el concepto de sistema de
referencia inercia.
Un cuerpo en movimiento se mantendrá así de forma
indefinida a no ser que actúe sobre él alguna fuerza, la
realidad es que los cuerpos están sometidos a la acción de
fuerzas de fricción o rozamiento, que los van frenando
progresivamente.
PREVENCIÓN DE RIESGO
Primera Ley o Ley de Inercia
Cuando estas tras el volante te encuentras en un estado de
inercia aunque el vehículo este en movimiento, al chocar
contra un objeto (un muro u otro vehículo), entraras en un
movimiento que es detenido por el airbag o EPP.
Segunda ley de Newton
(Principio Fundamental de la Dinámica)
La Primera ley de Newton nos dice que para que un
cuerpo altere su movimiento es necesario que exista
algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que
conocemos como fuerzas. Estas son el resultado de
la acción de unos cuerpos sobre otros.
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar
el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta
aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la
aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante
de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de
manera que podemos expresar la relación de la
siguiente manera:
F=ma
Segunda ley de Newton
(Principio Fundamental de la Dinámica)
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes
vectoriales, es decir, tienen, además de un valor, una
dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda
ley de Newton debe expresarse como:
F=ma
Segunda ley de Newton
(Principio Fundamental de la Dinámica)
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el
Newton y se representa por N. Un Newton es la
fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un
kilogramo de masa para que adquiera una
aceleración de 1 m/s2, o sea, 1 N = 1 Kg. · 1 m/s2
La expresión de la Segunda ley de Newton que
hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea
constante. Si la masa varia, como por ejemplo un
cohete que va quemando combustible, no es válida
la relación F = m · a. Vamos a generalizar la Segunda
ley de Newton para que incluya el caso de sistemas
en los que pueda variar la masa.
Segunda ley de Newton
(Principio Fundamental de la Dinámica)
Para ello primero vamos a definir una magnitud
física nueva. Esta magnitud física es la cantidad de
movimiento que se representa por la letra p y que
se define como el producto de la masa de un cuerpo
por su velocidad, es decir: p = m · v
Medio Ambiente
Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica
La energía eólica es una de las maneras en que
se aplica la segunda ley de Newton, la fuerza
que ejerce el viento sobre las alises produce el
movimiento necesario para producir energía.
Tercera ley de Newton
(Ley de acción-reacción)
Tal como comentamos la Segunda ley de
Newton las fuerzas son el resultado de la
acción de unos cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como
Principio de acción y reacción nos dice que si
un cuerpo A ejerce una acción sobre otro
cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual
y de sentido contrario.
Tercera ley de Newton
(Ley de acción-reacción)
Por lo tanto, cada fuerza que actúa sobre un cuerpo,
éste realiza una fuerza de igual intensidad y
dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo
que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas
siempre se presentan en pares de igual magnitud,
sentido opuesto y están situadas sobre la misma
recta. Este principio presupone que la interacción
entre dos partículas se propaga instantáneamente
en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y
en su formulación original no es válido para fuerzas
electromagnéticas puesto que estas no se propagan
por el espacio de modo instantáneo sino que lo
hacen a velocidad finita "c".
Tercera ley de Newton
(Ley de acción-reacción)
Esto es algo que podemos comprobar a diario
en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando
queremos dar un salto hacia arriba, empujamos
el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo
es la que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a
alguien, nosotros también nos movemos en
sentido contrario. Esto se debe a la reacción
que la otra persona hace sobre nosotros,
aunque no haga el intento de empujarnos a
nosotros.
Tercera ley de Newton
(Ley de acción-reacción)
Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el
mismo valor y sentidos contrarios, no se anulan entre si, puesto que
actúan sobre cuerpos distintos.
Prevención de Riesgos
Tercera ley o Principio de acción-reacción
Momentum Lineal
Para una partícula
2da Ley
Para un sistema de particulas
El Momentum es un Vector
Conservación de Momentum
Condiciones: Un sistema aislado (Fneta, ext.= 0) y cerrado.
 Es una ecuación vectorial así que representa varias ecuaciones
algebraicas, una por cada componente.
 Si la fuerza neta tiene un componente pero no otro, entonces el
momentum total no se conserva pero se conserva el componente del
momentum a lo largo del eje para el cual el componente de la fuerza es
cero.
Ejemplo - Una Nave Espacial Emite Carga.
Conocemos vi , y la velocidad relativa
final. La masa de la carga es 20%.
Buscar la velocidad final de la nave con
respecto al sol.
Usaremos H para la nave, M para el
módulo de carga, S para el Sol.
El Centro de Masa Un Punto Especial
 Su movimiento representa el movimiento general de un objeto compuesto.
Veremos que podemos entender su movimiento de una manera “sencilla”.
El Centro de Masa de Un Objeto Sólido
 Pero, en la práctica, no usaremos estas ecuaciones. Son sólo para permitirnos entender
que el CM corresponde al centro geométrico de un objeto de densidad uniforme.
Lo que sí usaremos en la práctica es la simetría del objeto (si es que la tiene). El CM queda
en
el
punto,
linea
o
plano
de
simetría
de
un
objeto.
Otra técnica útil es reemplazar partes del objeto por puntos localizados en sus respectivos
CMs y con las masas correspondientes.
 Llamar (xP, yP ) al CM de una placa con un hoyo.
 Encuentro yP = 0 por simetría!!!
 Tratar como si fuese un sistema compuesto por dos
partículas.
=0
Es cero porque es el centro del sistema compuesto que es el
círculo grande.
xS = -R porque es el centro del círculo chiquito.
AreaS = π R2, AreaS+P = π (2R)2, AP=AS+P- AS = 3π R2
Combinándolo todo xP = R/3
Trabajo
Es una cantidad escalar igual al producto de la magnitud del desplazamiento y la componente
de la fuerza en dirección del desplazamiento.
Se deben de cumplir tres requisitos:
1.- Debe haber una fuerza aplicada
2.-La fuerza debe ser aplicada a través de cierta distancia (desplazamiento)
3.-La fuerza debe tener una componente a lo largo del desplazamiento
Donde Ft es la componente de la fuerza a lo largo del desplazamiento,
ds es el módulo del vector desplazamiento
dr, y q el ángulo que forma el vector fuerza con el vector desplazamiento.
El trabajo total a lo largo de la trayectoria entre los puntos A y B es la suma
de todos los trabajos infinitesimales
Su significado geométrico es el área bajo
la representación gráfica de la
función que relaciona la componente
tangencial de la fuerza Ft, y el
desplazamiento s.
Ejemplo: Calcular el trabajo necesario para estirar un muelle 5 cm, si la
constante del muelle es 1000 N/m.
La fuerza necesaria para deformar un muelle es F=1000·x N, donde x es la
deformación. El trabajo de esta fuerza se calcula mediante la integral
El área del triángulo de la figura es (0.05·50)/2=1.25 J
Cuando la fuerza es constante, el trabajo se obtiene
multiplicando la componente de la fuerza a lo largo
del desplazamiento por el desplazamiento.
W=Ft·s
Ejemplo:
Calcular el trabajo de una fuerza constante de 12 N, cuyo punto de aplicación se
traslada 7 m, si el ángulo entre las direcciones de la fuerza y del desplazamiento
son 0º, 60º, 90º, 135º, 180º.
•Si el cuerpo se desplaza horizontalmente (1 metro) y se
ejerce un trabajo perpendicular a ella (100 newton), el
trabajo realizado por esta fuerza es:
Desplazamiento
W  F  cos   d
W  100N  cos 90º  1m
W  100N  0  1m  0
fuerza
• O sea el cargar el peso de la mochila
horizontalmente, no se hace trabajo, porque la
fuerza (el peso) y el desplazamiento son
perpendiculares
Fuerza
Desplazamiento
W  componente de la fuerza  desplazamiento
F  cos   d
•Siendo  el ángulo entre los vectores fuerza y desplazamiento.
W  F  cos   d
Trabajo Resultante
•
Cuando varias fuerzas ejercen trabajo, hay que distinguir entre
trabajo positivo y negativo.
–Si la Fuerza y desplazamiento son en el mismo sentido, el
trabajo es positivo.
–Si se ejercen en sentido contrario, el trabajo es negativo.
EJEMPLO:



La fuerza que ejerce el hombre hace trabajo positivo cuando la caja sube.
La fuerza que ejerce el hombre hace trabajo negativo cuando la caja baja.
La fuerza de gravedad hace trabajo positivo cuando la caja baja
La fuerza de gravedad hace trabajo negativo cuando la caja sube.
•Trabajo Resultante es la suma algebraica de los trabajos individuales que se ejercen
por varias fuerzas en un mismo cuerpo. (Es igual al trabajo de la fuerza neta).
Trabajo y Energía
Relación entre trabajo y energía
También se llama trabajo a la energía usada para deformar o desplazar un cuerpo
venciendo una resistencia o aceleración o, en general, para alterar la energía de
cualquier sistema físico. El concepto de trabajo está ligado íntimamente al concepto
de energía, midiéndose ambas magnitudes en la misma unidad: el julio (joule en
inglés).
Esta relación puede verse en el hecho que, del mismo modo que existen distintas
definiciones de energía en mecánica y termodinámica, también existen distintas
definiciones de trabajo en cada rama de la física. Es una magnitud de gran
importancia para establecer relaciones entre las distintas ramas de la física.
Trabajo y energía son conceptos que empezaron a utilizarse cuando se abordó el
estudio del movimiento de los cuerpos.
Trabajo y energía en Mecánica
Si se realiza un trabajo sobre una partícula, ésta adquiere esa misma cantidad de
energía, habitualmente su energía cinética (este es el teorema del trabajo y la
energía o teorema de las fuerzas vivas):
Por ejemplo, si un cuerpo se está moviendo por un plano horizontal con una
energía cinética de 8 J (Joules) y recibe en el sentido de su movimiento una
fuerza de 4 N (Newtons) constante durante 10 m, alcanzará una energía
cinética de 48 J.
Nótese que una fuerza perpendicular al desplazamiento no hace variar la
energía cinética de la partícula. Éste es el caso de la fuerza magnética, que
curva la trayectoria pero mantiene constante el módulo de la velocidad.
Por ejemplo: si una persona mantiene un bulto a una distancia de 1.5m del
suelo y camina 3 metros, el trabajo realizado es cero, dado que ángulo que
se forma entre el desplazamiento y la fuerza es 90º
Por otra parte, si tenemos una fuerza conservativa, el trabajo que realiza es
la variación con signo negativo de la energía potencial:
Lo cual no es más que una consecuencia del teorema fundamental del cálculo,
ya que una fuerza conservativa y una energía potencial asociada a esta se
relacionan por:
Trabajo y energía en Termodinámica
Trabajo de frontera :
El trabajo de frontera es aquel que se realiza en un sistema de volumen
variable. En un diagrama P-V es el área bajo la curva del comportamiento del
sistema.
La ecuación matemática es:
En caso de que el sistema esté sometido a presión constante durante el
proceso, el trabajo de frontera es:
El principio de conservación de la energía relaciona el trabajo realizado en un gas, con
la energía interna del sistema y el calor transferido, de la siguiente forma:
“Mientras se realiza trabajo sobre el
cuerpo, se produce una energía”
ENERGÍA
Los físicos definen la palabra energía como la cantidad de
trabajo que un sistema físico es capaz de producir. La energía, de acuerdo
con la definición de los físicos, no puede ser creada, ni consumida, ni
destruida.
Sin embargo la energía puede ser convertida o transferida en
diferentes formas: la energía cinética del movimiento de las moléculas de
aire puede ser convertida en energía rotacional por el rotor de una
turbina eólica, que a su vez puede ser convertida en energía eléctrica por
el generador de la turbina eólica. En cada conversión de energía, parte de
la energía proveniente de la fuente es convertida en energía calorífica.
Energía
Cuando utilizamos de forma poco precisa la expresión pérdida de energía (lo
cual es imposible según la definición dada arriba), queremos decir que parte de la energía
de la fuente no puede ser utilizada directamente en el siguiente eslabón del sistema de
conversión de energía, porque ha sido convertida en calor. Por ejemplo, los rotores, los
multiplicadores o los generadores nunca tienen una eficiencia del 100 por cien, debido a las
pérdidas de calor por fricción en los cojinetes, o a la fricción entre las moléculas de aire.
Sin embargo, la mayoría de nosotros tiene una noción lógica de que cuando se
queman combustibles fósiles, de alguna forma, y diciéndolo de forma sencilla, el potencial
global para una futura conversión de energía se reduce. Esto es totalmente cierto.
Sin embargo, los físicos utilizan una terminología diferente: Ellos dicen que la
cantidad de entropía del universo ha aumentado. Con esto quieren decir que nuestra
capacidad de producir trabajo útil convirtiendo energía disminuye cada vez que
dejamos que la energía acabe en forma de calor que se disipa en el universo. El
trabajo útil es llamado exergía por los físicos.
Dado que la gran mayoría de turbinas eólicas producen electricidad, solemos medir
su producción en términos de cantidad de energía eléctrica que son capaces de
convertir a partir de la energía cinética del viento. Solemos medir esa energía en
términos de kilovatios-hora (kWh) o de megavatios-hora (MWh) durante un cierto
periodo de tiempo, p.ej. una hora o un año.
La gente que quiere demostrar lo inteligente que es, y hacer ver que la energía no
puede ser creada, sino sólo convertida en diferentes formas, llaman a los
aerogeneradores convertidores de energía (WEC´s, que corresponde a las siglas
inglesas de "Wind Energy Converters"). El resto de nosotros puede seguir
llamándoles aerogeneradores.
La Energía, Es la capacidad para realizar un trabajo, se mide en JOULE, suele ser
representada por la letra E.
Ejemplo:
Cuando un arquero realiza trabajo al tender un arco, el arco adquiere la
capacidad de realizar la misma cantidad de trabajo sobre la flecha
Nota
La energía no se mide en kilovatios, sino en kilovatios-hora (kWh). Confundir
las dos unidades es un error muy común, por lo que si quiere entender la
diferencia puede leer la próxima sección sobre potencia.
Unidades de Energía
1 J (julio) = 1 Ws = 0,2388 cal
1 GJ (gigajulio) = 10 9 J
1 TJ (terajulio) = 10 12 J
1 PJ (petajulio) = 10 15 J
1 (kilovatio-hora) kWh = 3.600.000 Julios
1 tep (tonelada equivalente de petróleo)
= 7,4 barriles de crudo en energía primaria
= 7,8 barriles de consumo final total
= 1270 m 3 de gas natural
= 2,3 toneladas métricas de carbón
1 Mtep (millones de toneladas equivalentes de petróleo) = 41,868 PJ
Tipos de Energía
Existen muchos tipos:
• E. Mecánica: estado de movimiento.
• E. Cinética: en movimiento
• E. Potencial: en reposo
• E. Calórica
• E. Eléctrica
• E. Química
• E. Eólica
• E. Solar
• E. Hidráulica
• E. Lumínica, etc.
Definiremos dos tipos de energía :
Energía Cinética (Ek): Es una forma de energía que depende del movimiento relativo
de un cuerpo con respecto a un sistema de referencia, será por lo tanto Energía
Relativa.
Ek = 1 mv2
2
Ejemplos:
Un rifle dispara una bala de 4.2 g con una rapidez de 965 mIs.
a) Encuentre la energía cinética de la bala.
b) ¿Cuánto trabajo se realiza sobre la bala si parte del reposo?
c) Si el trabajo se realiza sobre una distancia de 0.75 m, ¿cuál es la fuerza
media sobre la bala?
DATOS
FÓRMULA
CALCULOS
RESULTAD
OS
m = 4.2
g
Ek = ½ mv2
Ek = ½(.0042kg)
(965m/s)2
Ek = 1955.6
j
v= 965
m/s
T =½ mv2f½ mv20
si v0 = o
quedaría: T
=½
mv2f
T = ½(.0042kg)
(965m/s)2
Ek = 1955.6
j
g = 9.9
m/
s2
Fxs = ½
mv2f
F =½ mv2f /
S
F =1955.6 j /
.75m
F = 2607 N
ENERGÍA POTENCIAL (Ep):
Es una forma de energía que depende de la posición de un cuerpo con
respecto a un sistema de referencia. Es decir, es aquel tipo de energía que posee
un cuerpo debido a la altura a la cual se encuentra, con respecto al plano de
referencia horizontal, considerado como arbitrario. Por lo tanto podemos afirmar
que es una energía relativa. Este trabajo puede ser realizado por el cuerpo después
de haber caído una distancia h por lo tanto el cuerpo tiene una energía potencial
igual al trabajo externo necesario para elevarlo. a partir de estos datos se puede
calcular la energía potencial.
Ep= mgh
Ejemplos:
1.- Un libro de 2 Kg reposa sobre una mesa de 80 cm del piso. Encuentre la
energía potencial del libro en relación
a) con el piso
b) con el asiento de una silla, situado a 40 cm del suelo
c) con el techo que está a 3 m del piso
FÓRMUL
A
CALCULO
S
RESULTA
DOS
Ep= mgh
a) Ep =
(2kg)(9.8
m/s2)(0.8
m)
= 17.7 J
h= 80
cm
b) Ep =
(2kg)(9.8
m/s2)(0.4
M)
= 7.84 J
g = 9.8
m/s^2
c) Ep =
(2kg)(9.8
m/s2)(2.2m)
= -43.1 J
DATOS
m= 2kg
ENERGIA MECANICA (Em)
Es la suma de la energía Cinética y la Energía Potencial.
Em = Ek + Ep
Conservación de la energía
Suponiendo una masa levantada a una altura h y luego se deja caer
según la figura en el punto mas alto la energía potencial es mgh , a medida que
la masa cae la energía potencial disminuye hasta llegar a cero, ( en ausencia de
la fricción del aire ) pero comienza a aparecer la energía cinética en forma de
movimiento y al final la energía cinética es igual a la energía total .
Importante señalar que durante la caída:
Energía total = Ep + Ek = constante
a esto se le llama conservación de la energía; en ausencia de resistencia del
aire, o cualquier fuerza ,la suma de las energías potencial y cinética es una
constante siempre que no se añada ninguna otra energía al sistema.
(Ep + Ek )inicial = (Ep +Ek ) final
mgh0 + ½ mv20 = mghf + ½ mv2f
si el objeto cae a partir del reposo la energía total inicial es½ mv2f
mgh0 = ½ mv2f
y por lo tanto
Ejemplo
1.- ¿Qué velocidad inicial debe impartirse a una masa de 5 kg para que se eleve a una
altura de 10 m? ¿Cuál es la energía total en cualquier punto durante su movimiento?
Potencia
Es aquella magnitud escalar que nos indica la rapidez con la que
se puede realizar trabajo. También se dice que la potencia es el trabajo
por la unidad de tiempo:
P =
t =
v =
W=
F =
Potencia
tiempo
velocidad
Trabajo mecánico
Fuerza
P=W
t
pero : W = Fd
luego : P = Fd
t
P = F v (Si v = cte.)
Ud. Verá que en la vida práctica; la rapidez con que se realiza trabajo puede ser de gran
importancia. Entre dos máquinas que realizan el mismo trabajo con la misma perfección,
preferiremos siempre la más rápida.
Unidades de Potencia en S.I. : Watt ó Vatio
Unidades de Potencia en S.I. : Watt ó Vatio
Otras Unidades
a.- Sistema Absoluto
W
T
P
C.G.S.
Ergio
s
Ergio/s
M.K.S.
Joule
s
Watts
F.P.S.
Poundal.pie
s
Poundal.pie/s
b.- Sistema Técnico:
W
T
P
C.G.S.
g.cm
s
g.cm/s
M.K.S.
kg.m
s
kg.m/s
F.P.S.
Ib.pie
s
Ib.pie/s
Unidad especial de trabajo
6
1 Kw – h = 3,6 * 10 Joule = Kilowatt Hora
Ejemplo
1.- La correa transportadora de una estación automática levanta 500 toneladas
de mineral hasta una altura de 90 ft en una hora. ¿Qué potencia en caballos de
fuerza se requiere para esto?
Datos
Formulas
W= 500 Ton
P=T/t
Cálculos
Resultados
P
=500ton(2000l
b/ton)(90ft)
P = 25000
ftlb/s
/ 3600s
H= 50 ft
t = 3600 s
1hp = 550 ft lb
/s
hp = 25000 ft
lb/sx1hp / 550
ft lb/s
45.45 hp.
RENDIMIENTO
Eficiencia es aquel factor que nos indica el máximo rendimiento de una maquina.
También se puede decir que es aquel índice o grado de perfección alcanzado por una
máquina.
Ya es sabido, que la potencia que genera una maquina no es transformado en su
totalidad, en lo que la persona desea, sino que una parte del total se utiliza dentro de una
máquina. Generalmente se comprueba mediante el calor disipado.
El valor de eficiencia se determina mediante el cociente de la potencia útil o aprovechable
y la potencia entregada.
N=
P.U. 100 %
P.E.
Además :
PE=PU+PP
Ejemplo:
Potencia
Util (P.U)
Potencia Entregada
(P.E)
Potencia
Perdida (P.P)
Ejemplo: de trabajo mecánico y su aplicación en prevención de
riesgos
Se empuja una caja sobre una superficie rugosa que
contiene herramientas de la construcción, tiene una velocidad
uniforme mediante una fuerza de 500 Newtons, Inclinado 36º con la
horizontal. Hallar el trabajo realizado para mover el cuerpo 7 m hacia
delante.
36º
Ff
Ejemplo: de energía mecánica y su aplicación en prevención de riesgos
•
En una construcción de un edificio de 30 pisos cae un martillo sobre un trabajador,
este impacta sobre su cabeza quien iba pasando.
Esta persona no contaba con casco de seguridad, pues la investigación del caso
determino lo siguiente:
cálculo:
E.p. : el martillo
altura : 60 metros
H= 60 m
m = 0.5 kg
g = 9.8 m/s2
Ep = m*g*h
Ep = 0,5 Kg * 9,8 m* 60 m
s
Ep = 294 Joule ( ec A)
Energía cinética: ½ mv2
Para determinar la velocidad del impacto del martillo sobre el trabajador:
Ep = Ec
Ep = ½ m v2
Ep = 294 Joule (ec A)
294 Joule = ½ 0,5 Kg. V2
294 * 2
0,5
V = 1.176
V= 34,3 m/s
V = 123,45 km/h
El martillo de 0,5 kg impacto con una velocidad de 123,45 km/h, sobre la cabeza del trabajador. El
cual no llevaba casco de seguridad, pues realizaba solo labores administrativas.
Quedo con tec abierto y licencia médica.
Ejemplo: de potencia y su aplicación en prevención de riesgos:
La potencia que se requiere para desplazar esta caja 7 m al cabo de media hora,
es:
P = 2800 Joule
1800 s
P= 1,56 Watts
P=W
t
El trabajador realiza un trabajo de 1800 Joule en la cual solamente se considera la fuerza de las
componentes según el eje de las x y una potencia de 1,56 watts para trasladar esta caja de
herramientas a 7 mts durante 30 min. Y esta se requería con mucha urgencia pues había una
emergencia que solucionar por ese motivo se realizó esta actividad de la forma antes descrita.
Ejemplo: de rendimiento y su aplicación en prevención de riesgos
•
Un generado de vapor utiliza carbón como combustible, cuyo poder calorífico (
potencia entregada) es de 7300 kcal/kg de carbón y la potencia utilizada por la caldera
es de 5.700 kcal/kg de carbón, el rendimiento mecánico es :
N = P.U 100%
P.E.
N = 5.700 kcal/kg 100%
7.300 kcal/kg
N = 78 %
El rendimiento de este equipo es de un 78% pues hay un 22% de
perdidas producto de los sumos de la combustión y perdidas de
calor por problemas de la aislación del equipo y otros.
CONDICION PARA QUE UN SISTEMA
DE PARTICULAS DEFINA A UN
SOLIDO RIGIDO
DEFINICIONES:
• Se define el sólido rígido como un cuerpo
indeformable, de modo que las posiciones
relativas de las partículas que lo constituyen
se mantienen invariables.
• Movimiento complejo de un sólido rígido, que
presenta precesión alrededor de la dirección
del momento angular , además rotación según
su eje de simetría.
Movimiento de Traslación
• Un sistema rígido se encuentra en movimiento
de traslación cuando el vector posición
relativo entre dos puntos del mismo
permanece constante.
• Un sólido rígido esta formado por un conjunto
de masas puntuales cuyas posiciones relativas
entre sí no varían en el tiempo.
Matemáticamente:
• Esto significa que un cuerpo rígido se mueve
como un todo y su movimiento podrá
descomponerse como un componente de
desplazamiento del centro de masas y otro de
rotación.
Sistemas de Partículas
INGENIERIA EN PREVENCION DE RIESGOS
Y MEDIO AMBIENTE
SISTEMAS DE PARTICULAS
•El resto es la aplicación de estos conceptos a sistemas
específicos. Pero veremos que nos será muy útil
desarrollar conceptos nuevos derivados para entender
ciertos sistemas.
•Empezaremos por el estudio de sistemas compuestos
(que son casi todos).
•Los conceptos nuevos serán: centro de masa y
momentum lineal.
•La ley más importante será la ley de conservación de
momentum que es muy útil pero no es una ley general
ya que tiene ciertas condiciones.
La 2da Ley para un Sistema de Partículas
Por la tercera ley, todas las fuerzas internas se cancelan!!!!!!!!!!!!
Sólo tenemos que considerar las fuerzas externas!!
Obtenemos una “Segunda Ley de Newton” para el sistema. Esta ley envuelve
el movimiento del centro de masa del sistema!!
Ejemplo – Fuegos Artificiales
 Tomamos nuestro sistema como el cohete (sin la tierra).
Está compuesto por muchos pedazos.
Las fuerzas de la explosión son fuerzas internas.
El CM se mueve de acuerdo a la única fuerza externa que es la gravedad.
El movimiento del CM es una parábola aún después de la explosión (línea entrecortada).
Si calculamos el CM en cualquier instante de tiempo después de la explosión obtendremos un punto en la
parábola.
Otro Ejemplo – Flotando en el Aire
Un Paso de Ballet o Michael Jordan
 La persona está compuesta por piezas (brazos, piernas, cabeza) que se pueden mover de manera
diferente.
Las fuerzas entre las piezas son fuerzas internas.
La única fuerza externa es la gravedad.
El movimiento del CM es una parábola.
Si la persona levanta y baja los brazos y/o las piernas durante el brinco puede mantener la cabeza a la
misma altura porque la subida del CM está dada por la subida de los brazos y/o piernas.
La persona parece que está flotando pero es sólo su cabeza. Su CM sube y baja siguiendo una parábola.
La 2da Ley para un Sistema de Partículas
 Se toman todas las fuerzas externas que actuan sobre cada una de
las partículas.
Se hace un diagrama de fuerzas poniéndolas todas rabo con rabo
(como antes).
Se escribe la 2da ley usando la masa total, i.e., la suma de todas las
masas.
La aceleración que aparece en la 2da ley es la aceleración del
centro de masa del sistema.
Cambio en Energía Interna en Algunos Casos Donde La Fuerza
Externa No Hace Trabajo
• Situación diferente a las que habíamos visto antes.
• El punto donde se aplica la fuerza externa no se mueve así que la fuerza
no hace trabajo.
• No todas las partes del sistema se mueven juntas.
• El brazo se mueve diferente al cuerpo.
• Las gomas se mueven diferente al chassis.
• El CM sí se mueve. El punto donde se aplica la fuerza no.
• Hay que pensar en el movimiento del CM del sistema.
Cambio en Energía Interna en Algunos Casos Donde La Fuerza Externa
No Hace Trabajo
O sea, lo que hay es un cambio de energía interna a energía mecánica.
Se puede demostrar (libro)
O sea, es como si la fuerza estuviese aplicada en el CM y estuviese haciendo un
trabajo.
En realidad es la energía interna la que está cambiando pero se puede calcular el
cambio conociendo la fuerza externa.
Un Adelanto del Colisiones
• Una colisión es un caso específico de un
proceso durante el cuál se conserva el
momentum. Las estudiaremos en detalle
porque son importantes.
• Son procesos donde hay fuerzas internas
grandes que duran muy poco tiempo.
• La energía mecánica puede conservarse
(colisión elástica) o no (inelástica) y ésta será
una consideración importante al analizar estos
procesos.
• Concepto nuevo - Impulso
Ejemplos de Colisiones
Antes, durante y después
Durante la colisión hay fuerzas internas que son
acción y reacción y varian con el tiempo.
 Los detalles de las fuerzas son complicados pero los trataremos en una forma general con
unos pocos conceptos.
El impulso
el cambio en momentum de las partes.
 O sea, el efecto neto de la colisión sobre cada una de las partes es que le cambia el
momentum. Pero el momentum total no cambia!!
= pf – pi
 También podemos hablar de la fuerza promedio.
Ecuación para Cualquier Colisión
Conservación del Momentum Total
En una dimensión, se convierte en:
donde las velocidades tienen signo.
Se puede usar para encontrar una sola incógnita.
La Energía Mecánica en Una Colisión
 Antes y después de la colisión, hay sólo energía cinética.
 La energía total se conserva pero, en general, la energía cinética se puede
convertir a energía interna o no.
 Si no me dicen nada acerca de lo que ocurre con la energía en la colisión:
 Sólo sé que habrá conservación de momentum en toda colisión.
 Me tienen que dar cinco de las seis variables.
 En muchos casos se perderá o ganará energía cinética durante la colisión. Esas
son colisiones inelásticas.
 Si me dan información acerca de la energía, entonces tengo una ecuación
adicional:
a) Completamente inelástica – Se quedan pegados después de la colisión.
Ecuación: v1f = v2f
b) Elástica – La energía cinética se conserva.
Ecuación: v1f - v2f = - (v1i - v2i)
Clasificación de Colisiones
Todas las Colisiones
Elásticas
Inelásticas
Inelásticas
v1f - v2f = - (v1i - v2i)
Simplemente
Inelástica
Completamente
Inelástica
Mas ninguna ecuación
v1f = v2f
Las Ecuaciones de Colisiones Elásticas
 Esto no está en el libro en su totalidad.
 Siempre hay conservación de momentum.
 En las elásticas también hay conservación de energía cinética.
 Pero esta ecuación es muy complicada y dificil de usar en la práctica. Hay
una ecuación que es equivalente y mucho más sencilla (no está en el libro).
v1f - v2f = - (v1i - v2i)
 O sea, la velocidad relativa cambia de signo durante una colisión elástica.
 El libro también da unas ecuaciones complicadísimas para las velocidades
finales en términos de las iniciales. No debes aprendértelas de memoria. La
física importante es conservación de momentum.
Consideraciones al Usar las Ecuaciones
Caso General
Caso especial, v2i = 0
 Mucho cuidado con los signos!! Las velocidades llevan signos.
 En el problema típico me dan las masas y las velocidades iniciales.
 Si no me dan información de la energía, me tienen que dar una de las velocidades
finales para encontrar la otra (cons. de momentum).
 Si es elástica o completamente inelástica, entonces tengo una ecuación adicional y
puedo encontrar ambas velocidades finales.
 La colisión completamente inelástica se distingue porque las masas siguen juntas
después (se pegan o se incrustan).
 Estrategia matemática para resolver cuando es elástica:
 Despejar por la velocidad final. v1f = v2f - (v1i - v2i)
 Sustituir en la ecuación de conservación de momentum.
 Resolver por v2f
¿Qué pasa antes y después?
Completamente Inelástica
Elástica
 Son otros veinte pesos. No hay conservación de momentum.
 En el ejemplo de la derecha, hay un movimiento bajo la fuerza de gravedad antes.
Podemos usar conservación de energía mecánica para analizar ese movimiento y
encontrar la rapidez en el momento de impacto.
 En ambos ejemplos, hay un movimiento bajo la fuerza de gravedad después.
Podemos usar conservación de energía mecánica para analizar ese movimiento y
encontrar la altura final a la cuál sube.
Movimiento de los sistemas rígidos
DINAMICA DE UN SOLIDO RIGIDO
• La mecánica de un sólido rígido es aquella que estudia
el movimiento y equilibrio de sólidos materiales
ignorando sus deformaciones. Se trata, por tanto, de
un modelo matemático útil para estudiar una parte de
la mecánica de sólidos, ya que todos los sólidos reales
son deformables. Se entiende por sólido rígido un
conjunto de puntos del espacio que se mueven de tal
manera que no se alteran las distancias entre ellos, sea
cual sea la fuerza actuante (matemáticamente, el
movimiento de un sólido rígido viene dado por un
grupo uniparamétrico de isometrías).
APLICACIÓN
• Este sistema se aplica en el traslado y acopio
de materiales de materiales rígidos, estos
deben ser acopiados o estivados de tal forma
que su eje quede nivelado para que estas
cargas no se desplacen y ocurra un derrumbe
o caída de las cargas.
APLICACIÓN EN PREVENCION
• ESTA SE APLICA EN LA NIVELACION DE CARGAS
REGULANDO SU EJE DE TRASLACION
POSICIONANDOLA DE TAL FORMA, QUE ESTA
NO TENGA DESPLAZAMIENTO ALGUNO Y ASI
NO PROVOQUE ALGUN TIPO DE INCIDENTE O
ACCIDENTE
CAPACIDAD CALORÍFICA
Conceptos Generales
• CALOR: ¿QUÉ ES EL CALOR?
• Durante muchos años se creyó que este era un
componente que impregnaba la materia y que
los cuerpos absorbían o desprendían según los
casos. Lo que se ve a continuación es un
manifestación del calor. Es una llama, pero no
es calor. El calor es por lo tanto una forma de
energía.
• El universo está hecho de materia y energía.
La materia está compuesta de átomos y
moléculas y la energía hace que estos estén
en constante movimiento: rotando alrededor
de si mismas, vibrando o chocando unas con
otras. Cuando la materia desaparece (ocurre
a veces en sustancias radioactivas) se
transforma e energía (E=mc2).
• El movimiento de los átomos y moléculas está
relacionado con el calor y la energía térmica.
Al calentar una sustancia aumenta la
velocidad de la partículas que la forman. La
cantidad total y absoluta de energía que tiene
un cuerpo, que es la que podría teóricamente
ceder, es muy difícil de precisar.
Nos
referimos al calor como a esa energía que
intercambian los cuerpos y que se puede
medir fácilmente.
• El calor es una energía que fluye de los
cuerpos que se encuentran a mayor
temperatura a los de menor temperatura.
Para que fluya se requiere una diferencia de
temperatura. El cuerpo que recibe calor
aumenta su temperatura, el que cede calor
disminuye su temperatura. Entonces estos
conceptos, calor y temperatura, están
relacionados.
• Los cuerpos radian unos hacia
otros pero el balance es
favorable a uno y desfavorable
al otro hasta que se alcanza el
equilibrio térmico. El calor es
una energía de tránsito, sólo se
puede hablar de variación de
calor mientras la energía fluye
de un cuerpo a otro.
• CALORÍA
• Se llama caloría “la cantidad de calor necesaria para que un
gramo de agua aumente 1° su temperatura” (más
exactamente para pasar de 14.5° a 15.5°.
Una vez
demostrado que el calor es una forma de energía se halló su
equivalencia con otras unidades que surgieron del estudio de
la energía mecánica.
• Hoy se utiliza siempre el S.I. y usamos como
unidad de trabajo y de energía el julio (1
caloría=4.18 Julios)
• En el S.I. el Ce (agua)=4180 J/Kg °k.
• Cada sustancia tiene un calor específico
característica, casi siempre mucho menor que
el del agua.
CAPACIDAD CALORÍFICA
La capacidad calorífica de un cuerpo es
razón de la cantidad de energía calorífica
transferida a un cuerpo en un proceso
cualquiera por su cambio de temperatura
correspondiente, es decir, es la energía
necesaria para aumentar 1 K su temperatura,
(usando el S.I.). Indica la mayor o menor
dificultad que presenta dicho cuerpo para
experimentar cambios de temperatura bajo el
suministro de calor.
• Para medirla bajo unas determinadas condiciones
es necesario comparar el calor absorbido por una
sustancia (o un sistema) con el incremento de
temperatura resultante. La capacidad calorífica
viene dada por:
Q
C  lim
T  0  T
Donde:
• C es la capacidad calorífica, que en general será función de
las variables de estado.
• Q es el calor absorbido por el sistema
•  T es la variación de la temperatura.
Se mide en unidades del S.I.
joules/K (o también el cal/°C)
Ejemplo
• Rumford, taladrando tubos de metal para
construir cañones, se dio cuenta de que
cuanto más roma estaba la broca más calor se
desprendía.
• Si el calor estuviera retenido en l cuerpo
impregnándolo saldría más cuanto más se
desmenuzara la materia en virutas… pero no
era así, era justo al revés. (Benjamín Thomson
– Conde Rumford).
• ¡El calor se generaba al rozar la broca con el
metal! ¡La energía cinética de la broca se
transformaba en calor!
• El calor es por lo tanto una forma de energía.
Es la “energía calorífica”. Un inglés llamado
J.P. Joule halló su equivalencia con las
unidades de trabajo.
La energía puede
presentarse puede presentarse de muy
diferentes formas y puede cambiar de una
forma a otra.
APLICACIÓN EN PREVENCIÓN
En esta oportunidad ejemplificaremos la
utilidad de la capacidad calorífica en
trabajadores que laboran en frigoríficos, ya
que al estar expuestos a temperaturas bajo 0
°C deben usar trajes térmicos especialmente
diseñados con la finalidad de guardar y
mantener el calor, ya que de no tener estos
implementos ciertamente estos trabajadores
se verían expuestos a hipotermia.
Tema: Capacidad Calorífica
La capacidad calorífica de un cuerpo es razón de la
cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo en un
proceso cualquiera por su cambio de temperatura
correspondiente.
En una forma menos formal es la energía necesaria para
aumentar 1 K su temperatura, (usando el SI). Indica la mayor
o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para
experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de
calor.
Puede interpretarse como una medida de inercia térmica. Es
una propiedad extensiva, ya que su magnitud depende de la
cantidad de material en el objeto por ejemplo;
La capacidad calorífica del agua de una piscina olímpica será
mayor que la de una cucharadita.
Al ser una propiedad extensiva, la capacidad calorífica es
característica de un objeto en particular, y además depende
de la temperatura y posiblemente de la presión.
La capacidad calorífica no debe ser confundida con la
capacidad calorífica específica o calor específico; el cual es la
propiedad intensiva que se refiere a la capacidad de un
cuerpo para almacenar calor, y es la razón de la capacidad
calorífica entre la masa del objeto. El calor específico es una
propiedad característica de las sustancias y depende de las
mismas variables que la capacidad calorífica.
Medida de la Capacidad Calorífica
Para medir la capacidad calorífica bajo unas determinadas
condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una
sustancia (o un sistema) con el incremento de temperatura
resultante. La capacidad calorífica viene dada por:
Donde:
C es la capacidad calorífica, que en general será función de las variables de estado.
Q es el calor absorbido por el sistema.
ΔT la variación de temperatura.
Se mide en unidades del SI joules/K (o también el cal/ºC).
La capacidad calorífica (C) de un sistema físico depende de
la cantidad de sustancia o masa de dicho sistema. Para un
sistema formado por una sola sustancia homogénea se define
además el calor específico o capacidad calorífica específica c
a partir de la relación:
Donde:
c es el calor específico o capacidad calorífica específica.
m la masa de sustancia considerada.
Planteamiento formal de capacidad calorífica
Sea Σ un sistema termodinámico en el estado B. Se define
la capacidad calorífica Cc asociada a un proceso cuasi estático
elemental c que parte de B y finaliza en el estado B' como el
límite del cociente entre el calor Q absorbido por Σ y el
incremento de temperatura ΔT cuando el estado B' tiente al
inicial B.
La capacidad calorífica es, de este modo, una variable
termodinámica y está perfectamente definida en cada estado
de equilibrio de Σ.
Capacidades caloríficas de sólidos y gases
La capacidad calorífica de los sólidos y gases depende de
acuerdo con el teorema de equipartición de la energía del
número de grados de libertad que tiene una molécula, como
se explicará a continuación.
Gas monoatómico
Un gas monoatómico, como por ejemplo son los gases
nobles tiene moléculas formadas por un sólo átomo. Eso a
que la energía de rotación, al ser la molécula casi puntual,
pueda despreciarse. Así en los gases monoatómicos la energía
total está prácticamente toda en forma de energía cinética de
traslación.
Como el espacio es tridimensional y existen tres grados de
libertad de traslación eso conduce de acuerdo con el teorema
de equipartición a que la energía interna total U de un gas
ideal monoatómico y su capacidad calorífica CV vengan dadas
por:
Donde T es la temperatura absoluta, N es el número de moléculas de gas dentro
del sistema que estudiamos, n el número de moles, k la constante de Boltzmann y
R la constante universal de los gases ideales. Así el calor especifico molar de un
gas ideal monoatómico es simplemente cv = 3R/2 o cp = 5R/2. Los gases
monoatómicos reales también cumplen las anteriores igualdades aunque de modo
aproximado.
¿Qué es la termodinámica?
•
La termodinámica es una parte de la física que estudia las relaciones existentes
entre los fenómenos dinámicos y los caloríficos.
•
Trata de la transformación de la energía mecánica en calor y del calor en trabajo.
También describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos
de materia y energía.
•
La termodinámica estudia los sistemas que se encuentran en equilibrio. Esto
significa que las propiedades del sistema —típicamente la presión, la
temperatura, el volumen y la masa— son constantes.
•
Un concepto esencial de la termodinámica es el de sistema macroscópico, que se
define como un conjunto de materia que se puede aislar espacialmente y que
coexiste con un entorno infinito e imperturbable. El estado de un sistema
macroscópico en equilibrio puede describirse mediante propiedades medibles
como la temperatura, la presión o el volumen, que se conocen como variables
termodinámicas. Es posible identificar y relacionar entre sí muchas otras variables
(como la densidad, el calor específico, la compresibilidad o el coeficiente de
expansión térmica), con lo que se obtiene una descripción más completa
de un sistema y de su relación con el entorno.
•
Cuando un sistema macroscópico pasa de un estado de equilibrio a otro, se dice
que tiene lugar un proceso termodinámico.
Cambio de estado de un sistema debido a Calor y Trabajo
•
Los cambios de estado en un sistema son producidos por interacciones con el entorno o
medio a través del calor y del trabajo, que son dos distintos modos de la transferencia de
energía.
Calor
El calor es una forma de transferencia de energía debido a la diferencia de temperatura. El
calor, al igual que el trabajo, se considera en termodinámica como energía en tránsito para
separa a un sistema de su entorno.
1. La transferencia de calor puede alterar el estado del sistema;
2. Los cuerpos ``no contienen'' calor; el calor es energía en transito y se identifica
mientras ésta pasa a través de los límites del sistema;
3. La cantidad de calor necesaria para ir de un estado a otro es dependiente de la
trayectoria;
4. Los procesos adibáticos son aquellos en los que no se transfiere calor.
Leyes de la Termodinámica:
• Las leyes o principios de la
termodinámica, descubiertos en el
siglo XIX a través de meticulosos
experimentos,
que
determinan
la naturaleza y los límites de todos
los procesos termodinámicos.
• Los principios de la termodinámica
tienen una importancia fundamental
para todas las ramas de la ciencia y la
ingeniería, y son:
Ley cero de la Termodinámica
•
•
Cuando dos sistemas están en equilibrio
mutuo, comparten una determinada
propiedad. Esta propiedad puede
medirse, y se le puede asignar un valor
numérico definido. Una consecuencia de
ese hecho es el principio cero de la
termodinámica, que afirma que si dos
sistemas distintos están en equilibrio
termodinámico con un tercero, también
tienen que estar en equilibrio entre sí.
Esta propiedad compartida en el
equilibrio es la temperatura.
Si uno de estos sistemas se pone en
contacto con un entorno infinito situado a
una determinada temperatura, el sistema
acabará alcanzando el equilibrio
termodinámico con su entorno, es decir,
llegará a tener la misma temperatura que
éste.
Primera Ley de la Termodinámica
•
•
•
•
También conocida como principio de la conservación de la energía, establece que si se
realiza trabajo sobre un sistema, la energía interna del sistema variará. La diferencia entre
la energía interna del sistema y la cantidad de energía es denominada calor. Fue propuesto
por Antoine Lavoisier.
La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:
E entra − Esale = ΔE sistema
En otras palabras: La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma. (conservación
de
la
energía).
•
Aplicaciones de la primera ley:
•
Un sistema cerrado es uno que no tiene entrada ni salida de masa, también es conocido
como masa de control. El sistema cerrado tiene interacciones de trabajo y calor con sus
alrededores, así como puede realizar trabajo de frontera.
La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial)
es:
Q − W = ΔU
Donde Q es la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema (positiva
cuando entra al sistema y negativa cuando sale de éste), W es el trabajo total (negativo
cuando entra al sistema y positivo cuando sale de éste) e incluye trabajo eléctrico,
mecánico y de frontera; y U es la energía interna del sistema.
•
•
•
Segunda Ley de la Termodinámica
•
La segunda ley dice que solamente se puede realizar un trabajo mediante
el paso del calor de un cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene
menor temperatura. Al respecto, siempre se observa que el calor pasa
espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos hasta quedar a la
misma
temperatura.
•
La segunda ley afirma que la entropía (fracción de energía de un sistema
que no es posible convertir en trabajo) de un sistema aislado nunca
puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una
configuración de máxima entropía, ya no puede experimentar cambios: ha
alcanzado el equilibrio.
La naturaleza parece pues ‘preferir’ el desorden y el caos. Puede
demostrarse que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo,
es imposible transferir calor desde una región de temperatura más baja a
una
región
de
temperatura
más
alta.
•
•
El segundo principio impone una condición adicional a los procesos
termodinámicos. No basta con que se conserve la energía y cumplan así el
primer principio. Una máquina que realizara trabajo violando el segundo
principio se denomina, “móvil perpetuo de segunda especie”, ya que
podría obtener energía continuamente de un entorno frío para realizar
trabajo
en
un
entorno
caliente
sin costo alguno. A veces, el segundo principio se formula como una
afirmación que descarta la existencia de un móvil perpetuo de segunda
especie.
Tercera Ley de la Termodinámica
•
•
•
El tercer principio de la termodinámica
afirma que el cero absoluto no puede
alcanzarse por ningún procedimiento
que consta de un número finito de
pasos.
Es
posible
acercarse
indefinidamente al cero absoluto, pero
nunca se puede llegar a él.
Es importante recordar que los principios
o leyes de la Termodinámica son sólo
generalizaciones estadísticas, válidas
siempre
para
los
sistemas
macroscópicos, pero inaplicables a nivel
cuántico. Maxwell ejemplifica cómo
puede concebirse un sistema cuántico
que
rompa
las
leyes
de
la
Termodinámica.
Asimismo, cabe destacar que el primer
principio, el de conservación de la
energía, es la más sólida y universal de
las leyes de la naturaleza descubiertas
hasta ahora por la ciencia.
Queda claro que la termodinámica es una
ciencia y, quizá la herramienta más
importante en la ingeniería, ya que se
encarga de describir los procesos que
implican cambios en temperatura, la
transformación de la energía, y las relaciones
entre el calor y el trabajo.
Aplicaciones de la Termodinámica
•
•
•
•
Equilibrios atmosféricos.
Energía liberada en reacciones químicas.
Diseño de motores térmicos.
Electricidad (Plantas termoeléctricas)
Aplicaciones de Termodinámica
Aplicación de termodinámica en presión de aire.
Aplicación como medio de transporte para mejoras del
medio ambiente a través de globo de aire.
Todos sabemos que el aire caliente es más ligero que el aire frío y
que este último es más pesado. Para hacernos una idea, decimos que
un metro cúbico de aire pesa unos 28 gramos, si lo calentamos con un
quemador a 100 grados Fahrenheit este aire pesará 7 gramos menos.
Por esa razón cada pie cúbico de aire puede llevar 7 gramos. Esta
cantidad no es mucho y por esa razón los globos tienen proporciones
tan grandes ya que deben generar el volumen en pies necesarios para
levantar el peso de la tripulación y pasajeros. Para levantar 1.000 libras
necesitaremos 65.000 pies cúbicos de aire caliente.
El globo se llena en primer lugar con aire frío y a continuación ese
mismo aire se aumenta de temperatura con la ayuda de un quemador.
•
Un globo de aire caliente utiliza la propiedad de que el aire caliente a la
presión atmosférica es menos denso que el aire más frío a la misma
presión. La fuerza de empuje es la diferencia entre el peso del aire caliente
y el de un volumen igual al del aire más frío que lo rodea. Si el volumen
del globo es 500 m3 y el aire que lo rodea esta a 0 ºC, ¿cuál ha de ser la
temperatura del aire en el globo para elevar una masa total de 200 Kg?.
Maire = 28,8 g/mol.
(Rta: 396,25 ºK)