TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA

CONCEPTO DE ENERGIA CINETICA.

Ahora que hemos visto, cómo evaluar el trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto, exploremos el poder de este planteamiento.

Resolver problemas con el uso de la segunda ley de Newton puede ser difícil si las fuerzas que intervienen en el proceso son complicadas. Una manera alternativa de abordar estos problemas consiste en relacionar la rapidez de un objeto con el trabajo realizado sobre el objeto por alguna fuerza neta externa. Si el trabajo realizado por la fuerza neta sobre el objeto se puede calcular para un desplazamiento dado, el cambio en la rapidez del objeto es fácil de evaluar. Veamos la forma de hacerlo:

Δx

Fnet

Vi = Vo Vf = V

Un objeto experimenta un desplazamiento y un cambio en velocidad bajo la acción de una fuerza neta constante Fnet,

La figura anterior muestra un objeto de masa m que se mueve a la derecha, bajo la acción de una fuerza neta constante Fnet, también dirigida a la derecha. Como la fuerza es constante, sabemos por la segunda ley de Newton que el objeto se mueve con aceleración constante a. Si el objeto se desplaza una distancia de Δx, el trabajo realizado por Fnet sobre el objeto es:

Wnet = Fnet Δx = m a Δx. (1)

Anteriormente en cinemática, encontramos que la siguiente relación se cumple cuando un objeto experimenta aceleración constante:

Vf2 = Vo2 + 2 a Δx. ó Δx = Vf2 - Vo2 2 aPodemos sustituir esta expresión en la ecuación (1) para

obtener:Wnet = m (Vf2 - Vo2 ) 2Wnet = ½ mvf2 – ½ mvo2. (2)

La cantidad ½ mv2 tiene un nombre especial en física: energía cinética. La energía cinética Ec de un objeto de masa m que se mueve con una velocidad v, se define como:

Ec = 1/2mv2.

Podemos considerar la energía cinética como la energía asociada con el movimiento de un objeto. La energía cinética es una cantidad escalar y tiene las mismas unidades que el trabajo, esto es el Joule. A veces es conveniente escribir la ecuación (2) en la forma siguiente:

Wnet = Ecf – Eci = ΔEc. (3).

La ecuación (3) es un resultado importante conocido como el Teorema del trabajo y la energía cinética. Según este resultado, el trabajo realizado por la fuerza neta que actúa sobre un objeto es igual al cambio en la energía cinética del mismo. Así concluimos que:

“Cuando una fuerza neta realiza trabajo sobre un objeto y el único cambio en el objeto es su rapidez, el trabajo realizado es igual al cambio en la energía cinética del objeto”.

El teorema del trabajo y la energía cinética indica que la rapidez del objeto aumenta si el trabajo neto realizado sobre él es positivo, porque la energía cinética final es mayor que la energía inicial. La rapidez decrece si el trabajo neto es negativo, porque ahora la energía cinética final es menor que la energía cinética inicial.

Encontrar una definición precisa para la energía no es algo sencillo, sin embargo podemos decir:

La energía es una propiedad que caracteriza la interacción de los componentes de un sistema físico que tiene la capacidad de realizar un trabajo.

Es importante señalar que la energía de diferentes formas, sin embargo, no se crea de la nada, ya que cuando hablamos de producir energía, en realidad nos referimos a sus transformación de una energía a otra, ya que la energía no se crea ni se destruye sólo se transforma.

En conclusión: un cuerpo tiene energía si es capaz de interaccionar con el sistema del cual forma parte, para realizar un trabajo. La unidad de energía en el Sistema internacional es el Joule (J).

Dos de los principales tipos de energía son la energía potencial y energía cinética.

Energía cinética.

Todo cuerpo en movimiento tiene energía cinética. Por ejemplo una persona cuando camina o corre, un avión en pleno vuelo o al momento de adquirir velocidad para su despegue, una corriente de agua, un disco que gira, la rueda de la fortuna, un pájaro al volar, una canica al rodar por el suelo, una manzana que cae de un árbol y en fin, todo aquello que está en movimiento tiene energía cinética.

Teorema del trabajo.- El trabajo de una fuerza externa resultante sobre un cuerpo es igual al cambio de la energía cinética del cuerpo.