Masa, Energía, Trabajo, Potencia y Velocidad

SCIE 111Programa AHORAUMET – AguadillaProfa. Lucille Oliver Cebollero

VELOCIDAD

Es la magnitud por la que cambia de posición un objeto en movimiento.

Esta magnitud expresa en el Sistema Internacional de Unidades su unidad es el metro por segundo:

VELOCIDAD

Distancia que se mueve un objeto

En un tiempo dado

V= d/t

Masa

La masa es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). No debe confundirse con el peso, que es una fuerza.

TRABAJO MECÁNICO

Trabajo Mecánico

Es el realizado por alguna Fuerzas. Es una Magnitud Escalar.

El trabajo efectuado por una fuerza aplicada durante un cierto desplazamiento se define como el producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento.

T W F d

POSIBILIDADES PARA EL TRABAJO MECÁNICO

NULO

POSITIVO

NEGATIVO

F y X sentido contrario

F y X mismo sentido

F y X perpendiculares.

Unidades

En el Sistema Internacional, es el JOULE (newton por metro).

1Joule Newton metro

Donde 1 Joule (J) es el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton para provocar el desplazamiento de un cuerpo igual a 1 metro en la misma dirección de la fuerza.

Trabajo Resultante

Cuando varias fuerzas ejercen trabajo, hay que distinguir entre trabajo positivo y negativo. Si la Fuerza y desplazamiento son en el mismo sentido, el

trabajo es positivo. Si se ejercen en sentido contrario, el trabajo es negativo.

Trabajo Resultante es la suma algebraica de los trabajos individuales que se ejercen por varias fuerzas en un mismo cuerpo. (Es igual al trabajo de la fuerza neta).

Gráficos TrabajoFuerza v/s desplazamiento

El área es el trabajoW = F x d

W = F x dW = 5 x 10 = 10 J

0 d (m)

Fuerza (newton)

5

W = F x d

10

La Fuerza es constante

Trabajo y Energía

Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento.

El concepto de trabajo está ligado íntimamente al concepto de energía y ambas magnitudes se miden en la misma unidad: Joule.

Energía

Cantidad inmaterial globalmente constante en un sistema.

Durante la evolución de dicho sistema la energía toma formas diversas por el intermedio del trabajo de las fuerzas involucradas.

La energía puede materializarse en masa y la masa transformarse en energía en ciertos procesos físicos.

Energía Capacidad para realizar un trabajo. Se mide en JOULE Se suele representar por la letra E.

Ejemplo:Cuando un arquero realiza trabajo al tender un arco, el arco adquiere la capacidad de realizar la misma cantidad de trabajo sobre la flecha

Tipos de Energía

Existen muchos tipos: E. Mecánica: estado de movimiento.

E. Cinética: en movimiento E. Potencial: en reposo

E. Calórica E. Eléctrica E. Química E. Eólica E. Solar E. Hidráulica E. Lumínica, etc.

ENERGÍA MECÁNICA

Energía Mecánica

Es la energía que se debe a la posición o al movimiento de un objeto (estado de movimiento de un objeto).

Se denota: Em Es una magnitud Escalar. Existen 2 tipos:

E. Cinética: cuerpo en movimiento. E. Potencial: cuerpo en reposo, energía de posición.

ENERGÍA POTENCIAL

Energía Potencial

Un objeto puede almacenar energía en virtud de su posición.

Es la energía que se almacena en espera de ser utilizada, porque en ese estado tiene el potencial para realizar trabajo.

Se denota: Ep Es una magnitud Escalar. Existen 2 tipos:

Ep Gravitacional: posición en la tierra. Ep Elástica: tiene que ver con resortes y fuerza elástica.

Energía Potencial Gravitacional

Para elevar objetos contra la gravedad terrestre se requiere trabajo.

Se define como: la Energía potencial debido a que un objeto se encuentra en una posición elevada.

La cantidad de ella que posee un objeto elevado es igual al trabajo realizado contra la gravedad para llevarlo a esa posición. (W = F d)

Energía Potencial Gravitacional Si el objeto se mueve con velocidad constante, se

debe ejercer una fuerza igual a su peso (fuerza neta = 0), y el peso es igual a: m g

Por lo tanto para elevarlo una altura (h), se requiere una energía potencial gravitacional igual al trabajo.

Ep m g h mgh

Energía Potencial Gravitacional = peso x altura

Energía Potencial Gravitacional

Es mayor a mayor masa y a mayor altura se encuentre. El cuerpo debe estar en reposo

Ejemplo Energía potencial

Ejemplo: Salto con garrocha

En el salto con garrocha el atleta usa la garrrocha para transformar la energía cinética de su carrera en energía potencial gravitacional.  Un atleta alcanza una rapidez de 10 m/s.  ¿A qué altura puede elevar un atleta su centro de gravedad?.

No hay fuerzas aplicadas.

ENERGÍA CINÉTICA

Energía Cinética

Es la energía que posee un cuerpo en virtud de su movimiento.

Se denota: Ec Es una magnitud Escalar. Es igual al trabajo requerido para llevarlo desde

el reposo al movimiento o al revés. Depende de la masa del cuerpo y la rapidez que lleva.

2

cmvE 2

Energía Cinética

Significa que: al duplicarse la rapidez de un objeto, se cuadriplica su

energía cinética. Se requiere un trabajo cuatro veces mayor para detener

dicho objeto. La energía cinética es mayor, mientras mayor

masa posea un cuerpo y mayor rapidez alcance.

2

cmvE 2

Trabajo y Energía Cinética El trabajo que realiza una fuerza neta sobre un objeto es

igual al cambio de la energía cinética del objeto.

cW E

Un trabajo positivo, aumenta la energía cinética del objeto (Vf > Vi)

Un trabajo negativo, disminuye la energía cinética del objeto (Vf < Vi)

2 2fimV mVW 2 2

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Conservación de la Energía

“En cualquier proceso, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma en otras modalidades. La energía total de un sistema es constante”

Transformación de Energía Potencial a Cinética

pgE mgh

2

cm vE 2

m pg cE E E

Conservación de la Energía

m pg cE E E

LA ENERGÍA TOTAL ES CONSTANTE

Ejemplo

m pg cE E E

• Si un cuerpo de 5 kg de masa, se encuentra a una altura de 40 metros, y se suelta. Calcula:

• el tiempo que se demora en llegar al suelo• la energía mecánica•La energía potencial y la cinética al segundo•La rapidez que llevaba al segundo

POTENCIA MECÁNICA

Potencia Mecánica

Es la rapidez con la que se realiza un trabajo. Se denota: P Es una magnitud Escalar.

Trabajo WP tiempo t

Esto es equivalente a la velocidad de cambio de energía en un sistema o al tiempo empleado en realizar un trabajo.

Unidades

En el Sistema Internacional, es el WATT

Joule1Watt segundo

Donde 1 Watt es la potencia gastada al realizar un trabajo de un Joule en 1 segundo.

Potencia Mecánica

Un motor de alta potencia realiza trabajo con rapidez.

Si un motor de auto tiene el doble de potencia que la de otro,

No Significa que: realice el doble de trabajo que otro.

Significa que: Realiza el mismo trabajo en la mitad del tiempo.

Un motor potente puede incrementar le rapidez de un auto hasta cierto valor en menos tiempo que un motor menos potente.

Potencia Mecánica La potencia en términos generales, expresa la

capacidad para ejecutar un trabajo en el menor tiempo posible.

Una fuente de energía, que puede mover 1 kg de peso por una distancia de 1 metro en un sólo segundo de tiempo, se considera más potente que otra capaz de desplazar el mismo peso en 2 segundos.

Gráfico Potencia Potencia v/s Tiempo

El área mide la Energía mecánica

Á = P tÁ = W t =W = E

t

Ejemplo Una central hidroeléctrica posee caídas de agua,

las cuales son utilizadas para movilizar los generadores que producirán energía eléctrica. Consideremos una caída de agua de altura h = 20 metros cuyo flujo es de 3000 litros por segundo.

Supongamos g = 10 m/s2. ¿Cuál es la potencia máxima que podrá ser generada?

Referencias

fain.uncoma.edu.ar/prof_tec/fyq/fisica/trabajoYenergia.ppt

www.educacionpopular.cl/preu%20materia/ciencias/Trabajo__Potencia.ppt