Trabajo y energía
relacionados: energía es capacidad para realizar trabajo (cuando un sistema
realiza un trabajo sobre otro le transfiere energía). Hay dos tipos o formas
principales de energía:
-
Cinética: debida al movimiento.
-
Potencial: debida a la posición en un
campo de fuerzas (gravitatoria, electromagnética, elástica, …). (Universidad de Granada, 2016)
Veremos que la
energía está relacionada con una ley de conservación: la energía total se
conserva, aunque haya intercambios de un tipo por otro. A la hora de resolver
problemas, cuando no se conoce bien la fuerza o se prefiere una forma
alternativa, el principio de la conservación de la energía generalmente
simplifica los cálculos. (Universidad de Granada, 2016)
Una ventaja a la
hora de trabajar con trabajos y energías en vez de con fuerzas es que las
primeras son magnitudes escalares.(Universidad de Granada, 2016)
TRABAJO REALIZADO POR LA FUERZA
El trabajo
realizado por una fuerza constante F que produce un desplazamiento r en una
dirección que forma un ángulo θ con la línea de acción de la fuerza se define
como producto escalar. (Universidad de Granada, 2016)
·
El trabajo es nulo si r=0 y/o la fuerza es
perpendicular al desplazamiento. Ej.: el realizado por el peso sobre un cuerpo
en una superficie horizontal.(Universidad de Granada, 2016)
·
El trabajo es positivo si la fuerza es
favorable al movimiento (cosθ >0). (Universidad de Granada, 2016)
·
El trabajo es negativo si la fuerza se
opone al movimiento (cosθ). Ej.: el realizado por una fuerza de rozamiento.(Universidad de Granada, 2016)
ENERGÍA
CINÉTICA
Supongamos una
partícula de masa m bajo la acción de una fuerza resultante F que la desplaza a
lo largo de una trayectoria, se define la energía cinética de la partícula como
un escalar con las mismas unidades que el trabajo. (Universidad de Granada, 2016)
La energía
cinética es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento.
Su valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v). La energía
cinética se mide en julios (J), la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en
metros por segundo (m/s). La energía cinética del viento es utilizada para
mover el rotor hélice de un aerogenerador y convertir esa energía en energía
eléctrica mediante una serie de procesos. Es el fundamento de la cada vez más
empleada energía eólica. La energía cinética es un tipo de energía mecánica. La
energía mecánica es aquélla que está ligada a la posición o al movimiento de
los cuerpos. Por ejemplo, es la energía que posee un arco que está tensado o un
coche en movimiento o un cuerpo por estar a cierta altura sobre el suelo.
Teorema del
trabajo y la energía: El trabajo total W realizado sobre un objeto para
desplazarlo de una posición A a otra B es igual al cambio de la energía
cinética del objeto. Es un teorema general que se cumple para todo tipo de
fuerzas. (Si W>0 la velocidad aumenta y si W<0 la velocidad disminuye). (Universidad de Granada, 2016)
ENERGÍA POTENCIAL
El trabajo
realizado por ciertas fuerzas (conservativas) puede obtenerse a partir de la
variación de otra forma de energía (potencial) que depende de la posición del
objeto o de la configuración del sistema. (Universidad de Granada, 2016)
Supongamos la
fuerza de la gravedad y calculemos el W realizado sólo por esta fuerza (mg) al
mover un objeto a lo largo de dos caminos diferentes que unan el punto inicial
A y el final B, veremos que el trabajo es el mismo. Se puede probar que, aunque
elijamos otro camino, W sólo depende de la diferencia de altura h entre A y B.
θ A C B mg h d mgsen θ Cap. 3/7 Una fuerza es conservativa si el trabajo
realizado por la misma entre dos puntos A y B es independiente del camino (la
trayectoria seguida). Por tanto, el trabajo realizado sólo depende de las
posiciones inicial y final. (Universidad de Granada, 2016)
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