trabajo mecanico.ppt

mnbcx

1. Energía mecánica
Colegio Ascensión Nicol
Hermanas misioneras dominicas del Rosario
Profesor Claudio Peralta Fredes
[email protected] 1

2. Objetivos de la unidad
[email protected] 2

3. Trabajo mecánico y energía
Eltrabajomecánicoserelacionaconlafuerza
queseaplicasobreuncuerpoyladistancia
quesedesplazaelcuerpo.Puedehaber
trabajopositivo,negativoonulo.
[email protected] 3

4. Definición de trabajo
Ennuestrasociedadlapalabratrabajo,esta
comúnmenterelacionadaconactividadesde
produccióneconómica.Esteeselconcepto
queaprendemosdesdepequeños.Enfísica
hablaremos,encambio,detrabajomecánico
(w),elquetieneunadefiniciónprecisa
desarrolladaacontinuación.
[email protected] 4

5. Unafuerzadesarrollatrabajomecánico,
cuandoalaplicarsesobreunobjeto,este
experimentaundesplazamientoendirección
deaquellafuerza.
[email protected] 5
Definición de trabajo
F

6. Eltrabajoefectuadoporunafuerza
aplicada durante un cierto
desplazamientosedefinecomoel
productoescalardelvectorfuerza
porelvectordesplazamiento.
Porlotantodiremosqueeltrabajo
esunamagnitudescalar.
[email protected] 6
Definición de trabajoT W F d  

7. Unidad de medida de trabajo
En el sistema internacional, el trabajo se mide
en Joule (J).
[email protected] 71Joule Newton metro
Donde1Joule(J)eseltrabajorealizado
porunafuerzade1newtonparaprovocar
eldesplazamientodeuncuerpoiguala1
metroenlamismadireccióndelafuerza.

8. Trabajo positivo
Silafuerzaactúaenlamismadireccióny
sentidoqueeldesplazamiento,eltrabajo
tieneunvalorpositivo.
[email protected] 8

9. Trabajo negativo
Silafuerzaactúaenlamismadirecciónpero
ensentidoopuestoaldesplazamiento,el
trabajotieneunvalornegativo.
[email protected] 9

10. Trabajo nulo
Silafuerzaactúaendirecciónperpendicularal
desplazamiento,eltrabajorealizadoporesa
fuerzaesnulo.
[email protected] 10

11. [email protected] 11
Trabajo neto

12. Trabajo según un determinado
ángulo
¿peroquepasasielánguloentrelafuerza
aplicadayeldesplazamientonoes0°,90°y
180°?
Enestecasoeltrabajorealizadosería:
[email protected] 12dFW  30cos

13. Ejemplo 1
Calculareltrabajonecesarioparadesplazarun
cuerpo3metrosdesuposicióninicialconuna
fuerzade10N.
Respuesta:
[email protected] 13JoulesW
mNW
dFW
30
310




14. Calculareltrabajonecesarioparamoverun
cuerpodemasa20kg,conunaaceleraciónde
0,5m/s².unadistanciade5metros.
Respuesta:
[email protected] 14
Ejemplo 2)(50
510
10
/5,020
2
JW
mNW
NF
smkgF
amF
dFW







15. Ejemplo 3
¿Quetrabajorealizaunaalumnaquenecesita
levantarunamochilade5kg.Aunaalturade
1,6metros?.
Respuesta:
[email protected] 15NF
smkgF
gmF
dFW
49
/8,95
2



 )(4,78
6,149
JW
mNW
dFW




16. Método gráfico para calcular el
trabajo
Sepuedeobtenercalculandoeláreabajola
curvaenungraficodefuerzaenfuncióndel
desplazamiento.
[email protected] 16
W
F(N)
∆x(m)
F0
∆x0

17. [email protected] 17
Ejemplos
12.En cada uno de los siguientes gráficos,
calcular el trabajo realizado:
F(N)
∆x(m)
4
2
0
0,51,0
F(N)
∆x(m)
10
5
0
0,10,20,3
W=4 Joules W=1,5 Joules

18. [email protected] 18
F(N)
∆x(m)
3
0
0,51,0
1,5
1,52,02,53,0
W=6,75 Joule
Ejemplos

19. Energía
Energíaeslacapacidadpararealizarun
trabajo.
SemideenJoule
[email protected] 191Joule Newton metro
•Donde1Joule(J)eseltrabajorealizadopor
unafuerzade1newtonparaprovocarel
desplazamientodeuncuerpoiguala1metroen
lamismadireccióndelafuerza.

20. Energía cinética
Uncuerpoquesedesplazaconunavelocidad,
llevaconsigounaciertaenergíadenominada
cinética,estaesproporcionalalamasayal
cuadradodelavelocidad.
[email protected] 202
C
v•m•
2
1
=E

21. •Laenergíacinéticasiempreespositivaonula.
•Esdirectamenteproporcionalconlavelocidad
alcuadrado.
•Lagráficadeenergíacinéticaenfuncióndela
rapidezesunaparábola.
[email protected] 21
Energía cinética

22. Principio de la energía cinética y el
trabajo
[email protected] 22

23. Energía potencial
Energíapotencialgravitatoriaeslaquetiene
cualquierobjetoubicadoaciertaalturapor
efectodelaatracciónterrestre.
Donde:
m=masa
g=aceleracióndegravedad
h=altura
[email protected] 23h•g•m=E
p

24. Laenergíapotencialgravitacionales
directamenteproporcionalconlaalturah,luego
gráficamente,laenergíapotencialenfunciónde
laalturacorrespondeaunarectaquepasapor
elorigen.
[email protected] 24
Energía potencial

25. Relación entre la energía potencial y el
trabajo hecho por la fuerza peso
Lafiguranospermiteanalizareltrabajo
realizadoporlafuerzapesoparatrasladarel
cuerpodesdelaposición1hastalaposición2.
[email protected] 25

26. [email protected] 26
Relación entre la energía potencial y el
trabajo hecho por la fuerza peso

27. Energía potencial elástica
Laenergíapotencialelásticaeslaenergíaque
tieneuncuerpoquesufreunadeformación.Su
valordependedelaconstantedeelasticidaddel
cuerpo(k)ydeloquesehadeformado(x).
[email protected] 2721
2
E
E k x

28. Energía mecánica
Alasumadelasenergíaspotencialycinética
llamaremosenergíamecánica,estase
mantieneconstantecuandoactúanfuerzas
conservativas.
[email protected] 28pc
E+E=E mgh+mv
2
1
=E
2

29. Potencia
[email protected] 29

30. Fuerzas conservativas y disipativas
Laenergíamecánicadeuncuerpoeslasuma
desuenergíacinéticaypotencial,estas
puedenirvariandosielcuerpoestáen
movimiento.
[email protected] 30

31. Conservación de la energía
ElPrincipiodeconservacióndelaenergía
indicaquelaenergíanosecreanise
destruye;sólosetransformadeunasformas
enotras.Enestastransformaciones,laenergía
totalpermanececonstante;esdecir,laenergía
totaleslamismaantesydespuésdecada
transformación.
[email protected] 31

32. Enunsistema,enelcuallaenergíamecánicase
conserva,elcomportamientodelaenergía
potencial(EP)versuslaenergíacinética(EC)es
elsiguiente:
[email protected] 32
Conservación de la energía

33. Enelcasodelaenergíamecánicasepuede
concluirque,enausenciaderozamientosysin
intervencióndeningúntrabajoexterno,la
sumadelasenergíascinéticaypotencial
permanececonstante.Estefenómenose
conoceconelnombredePrincipiode
conservacióndelaenergíamecánica.
[email protected] 33
Principio de conservación de la
energía mecánica

34. [email protected] 34
Supongamosquelapelotaestáa10
metrosdealtura(enreposo).
Eneseinstante
EM=Ep,yaqueEc=0
10 m
Sisoltamoslapelota,disminuyela
energíapotencial(yaqueestá
perdiendoaltura),peroaumentala
energíacinética(yaquevaen
aumentosuvelocidad).
Cuandolapelotatocaelsuelo,justo
eneseinstante:
EM=Ec,yaqueEp=0

35. Degradación de la energía.
Rendimiento
Unasformasdeenergíapuedentransformarse
enotras.Enestastransformacioneslaenergíase
degrada,pierdecalidad.Entoda
transformación,partedelaenergíaseconvierte
encaloroenergíatérmica.
[email protected] 35

36. Cualquiertipodeenergíapuedetransformarse
íntegramenteencalor;pero,éstenopuede
transformarseíntegramenteenotrotipode
energía.Sedice,entonces,queelcaloresuna
formadegradadadeenergia.
[email protected] 36
Degradación de la energía.
Rendimiento

37. [email protected] 37
Degradación de la energía.
Rendimiento

38. Encualquierprocesoenelqueseproduceuna
transferenciadeenergía,nuncaseproduceal
100%.Partedelaenergíaaplicadase“pierde”
debidoalrozamiento,achoques,avibraciones,
…
[email protected] 38

39. Elrendimientonosmidelaenergíaútildeun
procesorespectoalaenergíaempleada.Se
expresaen%ysiempreesmenoral100%,
ademásnotieneunidades.
[email protected] 39

40. EJERCICIOS
Unapersonasubeelvolcánmasaltodelmundo
(Ojosdelsalado,Chile)de6.891metrosdealtura,
¿cuálserásuenergíapotencialsipesa750N?
Desarrollo
[email protected] 40
Datos:
P = 750 N
h = 6.891 m
Se considera g = 10 m/s ²
E
p= m.g.h
E
p= P.h
E
p= 750 N · 6.891 m
E
p= 5.168.650 J

41. Observalafigurayconsideraelrocecinético
(μc=0,7).(elperronosequierebañar)
Lapersonanecesitamoveraunperrode15kg
unadistanciade5metros.
Calculareltrabajorealizadoparamoveral
perro
[email protected] 41
EJERCICIOS

42. Solución
Sabemos que:
W=F·cosα·d
Debemos calcular la fuerza de roce cinético
fc= N·μc
fc= m·g·μc
fc= 15kg·10m/s²·0,7
fc= 105 N
[email protected] 42

43. Solución
Podemoscalculareltrabajorealizado,considerandoqueel
ánguloesde30°.
W=F·cosα·d
W= 105 N·cos30°·5 m
W= 105·0,86·5
W= 451,5 Joules
Pero,lafuerzaderoceyeldesplazamientotienenlamisma
direcciónydistintosentido,porlotantoeltrabajoserá
negativo.
W=-451,5Joules
[email protected] 43

44. Observaelmovimientodelpéndulosimpley
analizaenquepuntolaenergíacinéticaes
máximaymínima,lomismoconlaenergía
potencial.
[email protected] 44
EJERCICIOS

45. Ejercicio
Calcularlaenergíapotencialelásticadeun
resortequesehaestirado0,25metrosdesdesu
posicióninicial.Laconstanteelásticadelresorte
esde50N/m.
[email protected] 45

46. Ejercicios
Elmotordeunalavadoratieneunapotencia
teóricade1500W.Sisurendimientoesdel70
%.
a) ¿Cuál es su potencia real?
b) ¿Qué trabajo habrá realizado si ha estado en
funcionamiento durante 30 min?
[email protected] 46

47. Solución
[email protected] 47

48. [email protected] 48
Solución

49. Energía potencial elástica
[email protected] 49

50. Bibliografía
[email protected] 50
http://www.google.cl/imgres?imgurl=http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asign
aturas/fisica/animaciones_files/joule_pq.gif&imgrefurl=http://acer.forestales.upm.es/basi
cas/udfisica/asignaturas/fisica/animaciones.html&usg=__gGJ7dugPrl4VG59NEQNugrs
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abajo%2Bmecanico%26um%3D1%26hl%3Des%26sa%3DX%26tbs%3Disch:1
imagenes google
SANTILLANA 3º MEDIO, EDICION 2005
http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/ani
maciones.html
http://www.google.cl/imgres?imgurl=http://www.design-
simulation.com/Documents/IP/Curriculum/Spanish/graphics/screenshots/
ConservacionDeLaEnergia01.jpg&imgrefurl=http://www.design-
simulation.com/IP/spanish/curriculum/misccontent/conservaciondelaener
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