Transcript Trabajo y Energía - sciencesaintpaul

Trabajo, Potencia y Energía
¿Qué es el Trabajo?
En la ciencia, la palabra trabajo tiene un
significado diferente al que usted puede estar
familiarizado.
La definición científica del trabajo es: el uso de
una fuerza para mover un objeto en una
distancia (cuando ambas: la fuerza y el
movimiento del objeto están en la misma
dirección.)
Entonces:
¿Cuándo se realiza Trabajo?
Trabajar o no
• De acuerdo con la
definición científica,
que es trabajo; piense
en cual de las siguientes
situaciones se da.
• Un profesor dando una
conferencia en su clase.
• un ratón empujando un
pedazo de queso con su
nariz por el suelo.
¿Dónde ocurre trabajo?
• Un científico, pronuncia un discurso ante una
audiencia de sus compañeros.
• Un Fisicoculturista levanta 350 libras por
encima de su cabeza.
• Una madre lleva a su bebé de habitación en
habitación.
• Un padre lleva un bebé en un carro.
• Una mujer lleva una bolsa de 20 kg de
comestibles a su coche.
Requisitos para realizar un trabajo
• 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. Es decir, si la fuerza
y la distancia van en la misma dirección, la
fuerza hace trabajo positivo.
Si la fuerza y la distancia van en la dirección
opuesta, la fuerza realiza trabajo negativo.
Fórmula para el trabajo
W= F x D
• Trabajo = fuerza x
distancia
Calcule: Si un hombre
empuja un bloque de
hormigón en una distancia
de 10 metros con una
fuerza de 20 N, cual es la
cantidad de trabajo que
ha hecho?
W= F x D
• Trabajo = fuerza x
distancia
Calcule: Si un hombre
empuja un bloque de
hormigón en una
distancia de 10 metros
con una fuerza de 20 N,
cual es la cantidad de
trabajo que ha hecho?
200 joules
(W = 20N x 10m)
Ejemplos
1.- Un remolcador ejerce
una fuerza constante de
4000 N sobre un barco y
lo mueve una distancia de
15 m a través del puerto.
¿Qué trabajo realizó el
remolcador?
DATOS
FÓRMULA
CÁLCULOS
RESULTADOS
F = 4000N
T=Fxd
T = 4000N X
15m
T = 6000J
d =15 m
T=?
Ejemplo 2
• 1.- Un mensajero lleva un paquete de 35 N
desde la calle hasta el quinto piso de un
edificio de oficinas, a una altura de 15 m.
¿Cuánto trabajo realiza?
DATOS
FÓRMULA
CÁLCULOS
RESULTADOS
F = 35N
T = Fxd
T = 35N X 15m
T =525 J
d =15 m
T=?
Cuando no hay trabajo
• Si la fuerza no está en la dirección del
desplazamiento, la fuerza no realiza trabajo.
• La tensión de la cuerda es hacia el centro del
círculo.
• La pelota se mueve a lo largo de la
circunferencia del círculo.
• Por lo tanto, no hay trabajo.
• Usted hace un trabajo al
levantar una caja, ya que
recorre una distancia del piso
hacia arriba y ejerce una
fuerza.
• Pero cuando usted lleva esa
caja alzada y la traslada no
hace trabajo ya que la fuerza
va perpendicular a la
dirección. Según la figura
cuando se lleva una caja en
una habitación, la fuerza
sobre la caja es perpendicular
a la dirección de la caja.
Ningún trabajo se hace en la
caja por la fuerza de sujeción
hacia arriba.
Conclusión
Power
La potencia es la velocidad a la que se realiza
trabajo.
Potencia = Trabajo * / Tiempo
* (fuerza x distancia)
La unidad de potencia es el Watts. ( W )
Pensemos
1.Dos estudiantes de física, Ben y Bonnie, se
encuentran en la sala de pesas. Bonnie levanta la
barra de 50 kg sobre su cabeza (aproximadamente a
una distancia de 0,60 m) 10 veces en un minuto,
Ben levanta la barra de 50 kg a la misma distancia
sobre su cabeza 10 veces en 10 segundos.
• ¿Qué estudiante hace el mayor trabajo?
• ¿Qué estudiante entrega la mayor parte del
poder?
• Explique sus respuestas.
Ben y Bonnie no hacen la
misma cantidad de trabajo
sino que aplican la misma
fuerza para levantar la misma
barra a la misma distancia por
encima de sus cabezas.
Sin embargo, Ben es el más
poderoso ya que hace el
mismo trabajo en menos
tiempo.
Potencia y el tiempo son
inversamente proporcionales.
2. Cuánta potencia se necesita para mover una masa de 10 kg con
una aceleración de 2 m / s² una distancia de 10 metros en 5
segundos Este problema requiere el uso de las fórmulas para la
fuerza, el trabajo, y la potencia en el orden correcto.
Fuerza = masa x aceleración 10Kg x 2 m / s²
Fuerza =20 N
Trabajo = fuerza x distanciaWork = 20 N x 10m
Work = 200 Joules
Potencia = Trabajo / Tiempo P= 200J / 5s
P= 40 watts
• Energía le informa acerca de la posición y
velocidad.
• Sin embargo, no contiene ninguna
información sobre el tiempo.
• La potencia es la velocidad a la que la energía
se transfiere o se transforma.
• La forma de hacer el trabajo
Matemáticamente
• En las unidades del SI, se utiliza el vatio o
watts:
• 1 W = 1 J / s.
• En unidades inglesas, usamos caballos de
fuerza:
• 1 hp = 746 W
Energía
• La energía se define como la medida de la
capacidad de un sistema para realizar trabajo.
• Utilizamos el símbolo E para representar la
energía.
• Energía tiene las mismas unidades que el
trabajo:
• Joule para SI, pies · libras en el sistema Inglés
Energía
Hay varios tipos de energía:
La energía cinética es la energía asociada al
movimiento de un objeto.
Usamos el símbolo de KE.
Energía
La energía potencial es la
energía asociada con la
posición del sistema o la
orientación.
Utilizamos el símbolo PE.
Energía cinética
La fórmula de la energía cinética es:
Donde:
 m= es la masa del objeto
 v= es la velocidad
Energía cinética
• En el Ejemplo 3.5
calculamos el trabajo
que se realiza en un
coche de 1.000 kg, ya
que acelera de 0 a
27m/s. Encuentre la
energía cinética del
vehículo cuando La
energía cinética es
27m / s.
RESPUESTA:
El problema nos da:
Ejemplo 3.5
DISCUSIÓN:
Esto es igual al trabajo (ideal)que se requiere
para mantener al auto a la velocidad requerida.
Pudimos determinar la cantidad de trabajo
requerido para encontrar la energía cinética del
auto.
Esta es la idea de conservación de la energía.
ENERGÍA POTENCIAL:
La energía potencial implica que debe haber un potencial para realizar
un trabajo.
• El trabajo puede ser realizado por el cuerpo después de haber caído
a una altura ( 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
PE= mxgxh
m= masa
g= gravedad
h= altura
Energía Potencial gravitacional
La energía potencial gravitatoria es igual al
trabajo realizado por la gravedad.
Si tiene que levantar un objeto, se debe aplicar
una fuerza al menos igual al peso del objeto:
• La elevación a través de una distancia d, el
trabajo es:
Energía potencial gravitatoria
• Tenga en cuenta que
sólo se ocupan de la
distancia a través de la
cual un objeto se
mueve.
• El ladrillo tiene 14,7 J
De EP en relación a la
superficie de la mesa.
• Tiene 44,1 J de PE
Relación con el piso.
Ejemplo
Ejemplo 3.7
• Un ladrillo de 3 kg se
eleva a una altura de
0,5 metros por encima
de una mesa que es de
1,0 m de altura.
Determinar la energía
potencial gravitatoria
con respecto a la mesa
y el piso.
Ejemplo
Ejemplo 3.7
El EP en relación a la tabla es la siguiente:
Energía potencial elástica
Repasemos
Según la figura, se esta
haciendo un trabajo.
Explicación:
Usted puede hacer el
trabajo en sus músculos,
pero no en la pared.
Repaso
El trabajo se realiza en el
levantamiento de una barra.
¿Cuánto trabajo se realiza
en el levantamiento de una
barra de pesas dos veces
más pesada a la misma
distancia
A. Dos veces como mucho.
B. La mitad como mucho.
C. El mismo.
D. Depende de la velocidad
del que alza la barra.
Explicación:
Esto está de acuerdo con el
trabajo = fuerza x distancia.
Dos veces la fuerza por la
misma distancia que
significa dos veces la labor
realizada en la barra.
Repaso
Un trabajo que se puede hacer lenta o rápidamente. Ambos
pueden requerir la misma cantidad de trabajo, pero diferentes
cantidades de:
A. energía.
B. impulso.
C. poder.
D. impulso.
Comentario:
La potencia es la velocidad a la que se realiza trabajo.
Repaso
¿ Un auto se eleva en una plataforma ,para reparaciones en una estación de
servicio aumentara la energía potencial en relación al suelo?
Sí.
No.
A veces.
No hay suficiente información.
Comentario:
Si el auto es dos veces más pesado, el aumento de la energía potencial sería
el doble.