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Trab ajo Energía

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Trabajo

Energía

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Energía

Capacidad de un sistema físico para provocar cambios en él mismo o en otros

Hay muchas formas de energía y son interconvertibles

Pero en cualquier proceso dentro de un sistema aislado la

cantidad de energía permanece constante

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Energía FormasCinética: definida por la velocidad

Potencial: Definida por la posición o situación

Interna: Definida por la composición y estado

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Energía TransferenciasUn sistema físico puede

aumentar su capacidad de producir cambios

Recibiendo energía de otro sistema

Un sistema físico puede

disminuirsu capacidad de producir cambios

Dando energía a otro sistema

Intercambio de energía en forma de

TRABAJO CALOR

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El Trabajo

Aquí nos referimos al trabajo como magnitud física

TRABAJO (W)

FUERZAS (F)

DESPLAZAMIENTO (X)

Esto se llamaba empleo …

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A MÁS fuerza MÁS trabajo A MÁS desplazamiento MÁS trabajo

Unidad: (unidad de fuerza) por (unidad de desplazamiento)

Newton metro

Julio

x

W = F·x

El Trabajo

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Este producto de vectores se llama producto escalar

W = F·x

vectorvectorescalar

· ·cosW F x

El Trabajo

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· ( ·cos )·xW F x F x

·cosxF F Esta es la componente que provoca el movimiento

Esta es la componente que realiza el trabajo

El Trabajo

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El baúl de la figura pesa 4 N y es arrastrado en una distancia horizontal de 24 m por una cuerda que forma un ángulo de 60º con el suelo. Si la tensión en la cuerda es de 8 N, ¿Cuál es el trabajo realizado por la cuerda?

· ·cos ; 8·24·cos60 96W F d W J Fuerza constante

Fuerza y trayecto forman 60 º

Hemos hecho un trabajo de 96 J sobre el baúl

, le hemos transferido 96 J de energía

El Trabajo

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· ·cos ; 8·24·cos60 96W F d W J

Fuerza constanteFuerza y trayecto forman 60 º

Fuerza constanterozamiento

Fuerza y trayecto forman 180 º

· ·cos · · · ·cos ;

0,4·4·24·cos180 38.4rW F d m g d

W J

Fr

Trabajo neto: la suma de los anteriores 96 38,4 57,6W J O trabajo de la fuerza resultante

(la componente horizontal)( ·cos )· 57,6rW F F d J

El TrabajoAhora arrastramos 24 m el baúl de 4N de peso con una cuerda que forma un ángulo de 60º con el suelo. El coeficiente de rozamiento 0,4. Si la tensión en la cuerda es de 8 N, ¿Cuál es el trabajo realizado con la cuerda?¿Y por el rozamiento? ¿Y en total?

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El rozamiento ha hecho un trabajo negativo, es decir esa fuerza quita energía al baúl

Fr

Tirando con la cuerda hacemos un trabajo de 96 J sobre el baúl

Al moverse el rozamiento hace un trabajo de -38,4 J sobre el baúl

En neto hemos hecho (96 – 38,4) J de trabajo sobre el bául

Gana energía

Pierde energía

En neto gana energía

El Trabajo

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El Trabajo

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El Trabajo

4

4

F (N)

X(m)

Un cuerpo se desplaza 4 m aplicando una fuerza cuyo valor cambia con el desplazamiento según la figura. La fuerza siempre va en la dirección del desplazamiento.

2 20· ·8

50,264 4

FW J

El trabajo viene dado por el área bajo la curva, que es una circunferencia

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F

Energía Cinética

Aplicamos la FUERZAProvocamos movimiento

Hacemos TRABAJO

Cambia velocidad del baúl Damos ENERGíA al baúl

Sigue moviéndose con velocidad V2

Va moviéndose con velocidad V1

Relación entre trabajo aplicado y cambio de velocidad¿ ?

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F

Sigue moviéndose con velocidad V2

Va moviéndose con velocidad V1

Trabajo realizado Desplazamiento Ley de Newton

·W F s 2 22 1 2· ·v v a s ·F m a

2 22 1

v vs

a

2 22 1

2

v vW m

·a

a· ·W ma s

2 2 2 22 1 2 1

1 1 1( )

2 2 2W m v v mv mv

Energía Cinética

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F

Sigue moviéndose con velocidad V2

Va moviéndose con velocidad V1

2 22 1

1 1

2 2W mv mv

Teorema de las Fuerzas Vivas

A esto se le llama Energía cinética

Al realizar trabajo sobre un cuerpo aumentamos su Energía Cinética

Si la Energía Cinética de un cuerpo disminuye Cede Trabajo

Energía Cinética: Fuerzas vivas

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Energía PotencialTrabajo que hacemos al subir el cuerpo

·W F d

αmg

mgsenα

F

Sin rozamiento

·F mg senDebemos hacer una fuerza

hd

·h

F mgd

·h

W mg dd

W mghTrabajo que realiza F

Hacemos el mismo trabajo que si subiéramos el cuerpo verticalmente

W mgh W mgh

NO ES CASUALIDAD

h

d

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Energía PotencialTrabajo que hace el peso al subir el cuerpo

· ·cos180W F d

αmg

mgsenα

Sin rozamiento

·F mg senhd

·h

F mgd

·h

W mg dd

W mghTrabajo que realiza el PESO

El peso hace el mismo trabajo que si se sube el cuerpo verticalmente

W mgh W mgh

NO ES CASUALIDAD

h

d180º

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Energía PotencialEl trabajo no depende del camino seguido por la fuerza peso

La fuerza gravitatoria es una fuerza CONSERVATIVA

La fuerza elástica es una fuerza CONSERVATIVA

La fuerza eléctrica es una fuerza CONSERVATIVA

El rozamiento NO ES una fuerza CONSERVATIVA

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Energía PotencialLas fuerzas conservativas dan lugar a la ENERGÍA POTENCIAL

Estado 1 Estado 2

Trabajo de la fuerza conservativa

- Variación de la Energía potencial

1 2W Ep Ep Ep

Si el sistema da trabajo (W>0) es porque disminuye su Energía Potencial

Si el sistema recibe trabajo (W<0) aumenta su Energía Potencial

mg

mg Subimos el cuerpo venciendo su peso

El cuerpo baja por su peso

Page 22: Energía Capacidad de un sistema físico para provocar cambios en él mismo o en otros Hay muchas formas de energía y son interconvertibles Pero en cualquier

F

h1

h2

El baúl de masa m sube a velocidad constante

Desde una altura h1

Desde una altura h2

Trabajo realizado por la fuerza F:

2 1·( )W F h h ·F m g

2 1· ·( )W m g h h 2 1W Ep Ep Ep

Energía Potencial gravitatoria

El trabajo hecho sobre el cuerpo ha aumentado su Energía Potencial

Page 23: Energía Capacidad de un sistema físico para provocar cambios en él mismo o en otros Hay muchas formas de energía y son interconvertibles Pero en cualquier

F

h1

h2

2 1· ·( )W m g h h

2 1W Ep Ep Ep

Energía Potencial y cinética

Aumenta con la altura

Esta expresión solo sirve cerca del suelo (g no es constante)

Solo podemos calcular variaciones de energía potencial

Pero se suele tomar una referencia de energía potencial

Se toma como referencia el suelo

Si decimos que un cuerpo tiene una Energía potencial de 5 J

Significa que tiene una Energía potencial 5 J más que si estuviera en el suelo

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Energía Potencial y cinéticaF(N)

x(m)x1 x2

·mF k x

2 2 1 1

1 1· ·

2 2W x kx x kx

2 2

2W x kx

·externaF k x

Trabajo que HACEMOS sobre el muelle

1 1

2W x kx

K·x1

K·x2

Estiramos el muelle con una fuerza externa

Área bajo la gráfica entre X1 y X2

Al área grande El área pequeña

Le resto

2 22 1

1 1· ·

2 2W k x k x

2 1W Ep Ep

21·

2Ep k x Definimos la Energía Potencial

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Energía Potencial y cinéticaSolo hay fuerzas

conservativas 1 2conservativoW Ep Ep Ep

Teorema de fuerzas vivas 2 1conservativoW Ec Ec Ec

Igualamos Ec Ep Si aumenta la energía cinética disminuye la potencial

En otraspalabras La suma de

Energía cinética y potencial se mantienen constante

Si solo actúan fuerzas conservativas

Page 26: Energía Capacidad de un sistema físico para provocar cambios en él mismo o en otros Hay muchas formas de energía y son interconvertibles Pero en cualquier

Energía Potencial y cinéticaLa suma de

Energía cinética y potencial se mantienen constante

Si solo actúan fuerzas conservativas

Teorema de

CONSERVACIÓNde la

Energía mecánica

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Energía Potencial y cinética¿Y si también actúan fuerzas NO conservativas?

conservativoW Ep

conservativo noconservativoW W Ec

total conservativo noconservativoW W W

noconservativoEp W Ec noconservativoW Ep Ec

Cambio en la energía mecánica

Es el trabajo NO CONSERVATIVO

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Energía Potencial y cinética

V=40 m/s

70 m Pregunta¿Cuánta energía se pierde en la subida del cuerpo ?

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Energía Potencial y cinéticaUn cuerpo es impulsado por un resorte como muestra el esquema de la figura. Considerando que el rozamiento es despreciable en el primer tramo, hasta llegar a B. Hallar: a- La compresión del resorte para la cual se deja libre la masa si pasa por el punto A con la mínima velocidad posible. b - El trabajo de la fuerza de rozamiento si es apreciable desde B en adelante, y el cuerpo llega justo hasta el punto C Datos:R = 1mm = 2 kgk = 200 N/m

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Energía Potencial y cinéticaSobre una superficie horizontal sin rozamiento, un resorte de constante elástica  k = 0,3 N/m está comprimido 10 cm entre dos masas de 0,5 kg y de 1 kg. Si dejamos de comprimir el resorte:a) ¿Cuál es la energía cinética de los dos cuerpos después de separarse del resorte?b) ¿Cuál es la energía cinética de cada cuerpo?