Trabajo y energíaTrabajo y energía

Concepto de trabajoConcepto de trabajo

Se denomina trabajo infinitesimal, al producto Se denomina trabajo infinitesimal, al producto escalar del vector fuerza por el vector escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento.desplazamiento.

Donde Donde FtFt es la componente de la fuerza a lo largo del desplazamiento, es la componente de la fuerza a lo largo del desplazamiento, dsds es el es el módulo del vector desplazamiento módulo del vector desplazamiento drdr, y , y qq  el ángulo que forma el vector fuerza  el ángulo que forma el vector fuerza con el vector desplazamiento.con el vector desplazamiento.

El trabajo total a lo largo de la trayectoria entre los puntos A y B es la suma de El trabajo total a lo largo de la trayectoria entre los puntos A y B es la suma de todos los trabajos infinitesimalestodos los trabajos infinitesimales

Su significado geométrico es el área bajo la representación gráfica de la Su significado geométrico es el área bajo la representación gráfica de la función que relaciona la componente tangencial de la fuerza función que relaciona la componente tangencial de la fuerza Ft,Ft, y el y el desplazamiento desplazamiento ss. .

Si la fuerza y el desplazamiento tienen el Si la fuerza y el desplazamiento tienen el mismo sentido, el trabajo es positivo mismo sentido, el trabajo es positivo

Si la fuerza y el desplazamiento tienen Si la fuerza y el desplazamiento tienen sentidos contrarios, el trabajo es negativo sentidos contrarios, el trabajo es negativo

Si la fuerza es perpendicular al Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es nulo. desplazamiento, el trabajo es nulo.

Concepto de energía cinéticaConcepto de energía cinética

Supongamos que F es la resultante de las fuerzas que Supongamos que F es la resultante de las fuerzas que actúan sobre una partícula de masa m. El trabajo de actúan sobre una partícula de masa m. El trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor final y el valor inicial de la energía cinética de la final y el valor inicial de la energía cinética de la partícula.partícula.

En la primera línea hemos aplicado la segunda ley de En la primera línea hemos aplicado la segunda ley de Newton; la componente tangencial de la fuerza es Newton; la componente tangencial de la fuerza es igual a la masa por la aceleración tangencial.igual a la masa por la aceleración tangencial.

En la segunda línea, la aceleración tangencial at es En la segunda línea, la aceleración tangencial at es igual a la derivada del módulo de la velocidad, y el igual a la derivada del módulo de la velocidad, y el cociente entre el desplazamiento ds y el tiempo dt que cociente entre el desplazamiento ds y el tiempo dt que tarda en desplazarse es igual a la velocidad v del tarda en desplazarse es igual a la velocidad v del móvil.móvil.

El teorema del trabajo-energía indica que el El teorema del trabajo-energía indica que el trabajo de la resultante de las fuerzas que actúa trabajo de la resultante de las fuerzas que actúa sobre una partícula modifica su energía sobre una partícula modifica su energía cinética.cinética.

Fuerza conservativa. Energía Fuerza conservativa. Energía potencialpotencial

Un fuerza es conservativa cuando el trabajo de Un fuerza es conservativa cuando el trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre los dicha fuerza es igual a la diferencia entre los valores inicial y final de una función que solo valores inicial y final de una función que solo depende de las coordenadas. A dicha función depende de las coordenadas. A dicha función se le denomina energía potencial.se le denomina energía potencial.

El trabajo de una fuerza conservativa no El trabajo de una fuerza conservativa no depende del camino seguido para ir del punto depende del camino seguido para ir del punto A al punto B. A al punto B.

El trabajo de una fuerza conservativa a lo largo El trabajo de una fuerza conservativa a lo largo de un camino cerrado es cero.de un camino cerrado es cero.

El peso es una fuerza conservativaEl peso es una fuerza conservativa

Calculemos el trabajo de la fuerza peso Calculemos el trabajo de la fuerza peso FF=-=-mgmg jj cuando el cuerpo se cuando el cuerpo se desplaza desde la posición A cuya ordenada es desplaza desde la posición A cuya ordenada es yAyA hasta la posición B cuya hasta la posición B cuya ordenada es ordenada es yByB..

La energía potencial La energía potencial EpEp correspondiente a la correspondiente a la fuerza conservativa peso tiene la forma fuerza conservativa peso tiene la forma funcional funcional

Donde Donde cc es una constante aditiva que nos es una constante aditiva que nos permite establecer el nivel cero de la energía permite establecer el nivel cero de la energía potencial.potencial.

La fuerza que ejerce un muelle es conservativaLa fuerza que ejerce un muelle es conservativa

Como vemos en la figura cuando un muelle se deforma Como vemos en la figura cuando un muelle se deforma xx, , ejerce una fuerza sobre la partícula proporcional a la ejerce una fuerza sobre la partícula proporcional a la deformación deformación xx y de signo contraria a ésta.. y de signo contraria a ésta..

Para Para xx>0, >0, F=-kxF=-kx

Para Para xx<0, <0, FF==kxkx

El trabajo de esta fuerza es, El trabajo de esta fuerza es, cuando lacuando la partícula se desplaza desde la partícula se desplaza desde la posición xA a la posición xA a la posición xB esposición xB es

La función energía potencial La función energía potencial EpEp correspondiente a la fuerza correspondiente a la fuerza

conservativa conservativa FF vale vale

El nivel cero de energía potencial se establece del siguiente El nivel cero de energía potencial se establece del siguiente modo: cuando la deformación es cero modo: cuando la deformación es cero xx=0, el valor de la =0, el valor de la energía potencial se toma cero, energía potencial se toma cero, EpEp=0, de modo que la =0, de modo que la constante aditiva vale constante aditiva vale cc=0. =0.

Principio de conservación de la energíaPrincipio de conservación de la energía Si solamente una fuerza conservativa Si solamente una fuerza conservativa FF actúa sobre una partícula, el trabajo de actúa sobre una partícula, el trabajo de

dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor inicial y final de la energía dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor inicial y final de la energía potencial potencial

Como hemos visto en el apartado anterior, el trabajo de la resultante de las fuerzas Como hemos visto en el apartado anterior, el trabajo de la resultante de las fuerzas que actúa sobre la partícula es igual a la diferencia entre el valor final e inicial de la que actúa sobre la partícula es igual a la diferencia entre el valor final e inicial de la

energía cinética.energía cinética.

Igualando ambos trabajos, obtenemos la expresión Igualando ambos trabajos, obtenemos la expresión del principio de conservación de la energíadel principio de conservación de la energía

EkA+EpA=EkB+EpBEkA+EpA=EkB+EpB

La energía mecánica de la partícula (suma de la La energía mecánica de la partícula (suma de la energía potencial más cinética) es constante en todos energía potencial más cinética) es constante en todos los puntos de su trayectoria.los puntos de su trayectoria.

ConclusiónConclusión

La energía y el trabajo están relacionada, ya que si se La energía y el trabajo están relacionada, ya que si se aplica energía a un objeto, este genera trabajo siempre aplica energía a un objeto, este genera trabajo siempre y cuando exista un desplazamiento en el objeto al y cuando exista un desplazamiento en el objeto al cual se ele aplica energía.cual se ele aplica energía.

Al aplicar la energía en el objeto y este al tener un Al aplicar la energía en el objeto y este al tener un movimiento gana energía cinética con la cual es movimiento gana energía cinética con la cual es capaz de seguir en movimiento aun cuando se le deja capaz de seguir en movimiento aun cuando se le deja de aplicar una fuerza; esta energía solamente le de aplicar una fuerza; esta energía solamente le durara poco tiempo ya que como hay perdida de durara poco tiempo ya que como hay perdida de energía en el objeto este se detendrá. energía en el objeto este se detendrá.

En el caso de que no tenga perdida de energía en En el caso de que no tenga perdida de energía en el proceso de movimiento y siguiendo el el proceso de movimiento y siguiendo el principio de la conservación de la energía la principio de la conservación de la energía la energía potencial del objeto en la posición en energía potencial del objeto en la posición en la que el objeto se detuvo debería de ser igual la que el objeto se detuvo debería de ser igual a la energía cinética en la posición de a la energía cinética en la posición de movimiento antes de perder su energía.movimiento antes de perder su energía.

ReferenciasReferencias

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/energia/energia.htmtrabajo/energia/energia.htm

http://www.youtube.comhttp://www.youtube.com