Física Elemental

Trabajo y Potencia

Estudiante:___________________

Grado:____ Sección:_____

1 kw = 1 000 W 1 CV = 735 W

w = F x d

Trabajo y potencia La palabra trabajo tiene en Física un significado muy diferente del que se da en la vida cotidiana. Así por ejemplo seguramente dice que has realizado un trabajo cuando has hecho alguna actividad que haya requerido un esfuerzo físico o intelectual, como pasear en bicicleta, estudiar un tema, etc. En cambio en Física se dice que se hace un trabajo cuando un objeto se mueve de un punto a otro por la aplicación de una fuerza. Una persona puede realizar un trabajo, pero hasta cierto límite. Para mover objetos o cargas muy pesadas, el hombre necesita máquinas. Un mismo trabajo se puede realizar con diferentes máquinas sin importar el tiempo que tome hacerlo. La rapidez con que se realiza un trabajo se conoce como potencia. El TRABAJO Cuando de un sistema se transfiere energía a otro y, como consecuencia, se produce un desplazamiento en el segundo sistema, se dice que se ha realizado un trabajo. Es decir, que el trabajo no es más que un proceso de intercambio de energía mediante el cual se produce un cambio de posición en uno o varios cuerpos. Hay dos maneras de hacer trabajo: a) Cuando se realiza trabajo contra otra fuerza:

Si arrastramos un bloque _______________ contra la fricción.

Si levantamos una carga ________________ contra el peso.

Si estiramos un resorte __________________ contra la rigidez.

b) Cuando cambiamos la rapidez de un objeto:

Si lanzamos una piedra. Si detenemos una pelota.

Pero para que se produzca un desplazamiento en un cuerpo que se encontraba en reposo es necesaria la acción de una fuerza. Por este motivo el trabajo matemáticamente se define:

El trabajo (w) producido por una fuerza (F) aplicada sobre un cuerpo es igual al producto de la componente de la fuerza, que tiene la dirección del desplazamiento, por la distancia (d) recorrida por el cuerpo.

Las unidades de trabajo Como en el Sistema Internacional la fuerza se mide en newton (N) y la distancia se mide en metros (m) y la unidad de trabajo será el newton – metro (N-m). Esta unidad recibe el nombre de joule (J) y se define: Un joule es el trabajo realizado por una fuerza de un newton al producir un desplazamiento de un metro en la dirección de la fuerza

1 joule = (1 newton x 1 metro)

Cálculo del trabajo

Un albañil empuja a lo largo de 20 m, sobre una superficie horizontal, una carretilla de 51 kg empleando una fuerza de 29,2 N. Calcular el trabajo que realiza el albañil

SOLUCIÓN

El peso de la carretilla trabajo por que no tiene una dirección de desplazamiento.

Reemplazamos valores: w = F x d = 39,2 N x 20 m

W = 784 N x J = 784 joules

LA POTENCIA Imagina una grúa que levanta un bloque de ladrillos de 200 kg a una altura de 10 m en 20 s, y otra que levanta la misma masa a la misma altura, pero en 10 s. Ambas máquinas realizan el mismo trabajo (vencen la misma fuerza recorriendo idéntico espacio), pero la segunda efectúa ese trabajo en menos tiempo. Cuando esto ocurre se dice que la segunda máquina desarrolla mas potencia que la primera. Potencia (P). es el trabajo (W) efectuado en la unidad de tiempo (t) Esta definición se formula así: Unidades de potencia: Como en el Sistema Internacional el trabajo se mide en joules (J) y el tiempo en segundos (s), la unidad de potencia será joules dividido entre segundos. Esta unidad recibe el nombre de vatio (W), y se define y formula como: Un vatio (w) es la potencia que desarrolla al realizar un trabajo de un joule en cada segundo. Una potencia de un vatio es una potencia muy pequeña, equivale aproximadamente, a la potencia de una máquina que es capaz de levantar un cuerpo de 100 gramos en un segundo. Por eso, se utiliza el kilovatio (kW) que equivale a 1 000 vatios, y el caballo vapor (CV), que equivale a 735 vatios. En la práctica se utiliza el kilovatio – hora (kWh). Su equivalencia con el joule se deduce así: 1 kWh = 1 kW x 1 h = 1 000 W x 3 600 s = 3 600 000 = 3,6 x

106 J

Cálculo de potencia

Calcular la potencia que desarrolla una grúa que levanta, con velocidad constante, 200 ladrillos de 5 kg cada uno a 10 m de altura en 1 minuto.

SOLUCIÓN: Calculamos el peso total levantado: 200 kg x 5 kg x 9,8

m/s2 = 9 800 N

Calculamos el trabajo realizado por la grúa considerando

que la fuerza que ésta ejerce es igual al peso total que se tienen que levantar:

W = F x e W = 9 800 N x 10 m = 98 000 J

P =

Calculamos la potencia desarrollada: t

wP W

s

J33,6331

60

00098

ACTIVIDADES I. Analiza y explica:

01. ¿Qué haremos para hallar el trabajo realizado por

un cuerpo?

02. ¿Es cierto que el rozamiento aumenta el trabajo? Explícalo con un ejemplo.

03. ¿Qué es potencia?

04. Cuando empujamos un muro, nos cansamos, sin

embargo el trabajo mecánico sobre el muro es: A) Pequeño B) Grande C) Muy grande D) Infinito E) Cero

05. ¿Realiza algún trabajo una fuerza que siempre es perpendicular a la velocidad?

A) Desplazamiento B) Trabajo C) No, es cero D) El trabajo no existe E) N.A

06. El Kilovatio – hora (kWh) es una unidad de medida de:

A) Fuerza B) Eficiencia C) Trabajo D) Potencia E) Masa

07. Selecciona con verdadero (V) o Falso (F): I. El trabajo en el lenguaje cotidiano no siempre

tiene igual sentido a lo que se define en la Física

II. Toda fuerza realiza trabajo mecánico III. El trabajo mecánico puede ser negativo A) VFV B) VVV C) VFF D) FVV E) FFF

08. ¿Al intentar nadar contra la corriente de un río un nadador permanece en el mismo lugar, el trabajo del nadador es?

A) Negativo B) Cero C) Positivo D) No es calculable E) N.A

09. Dos grúas A y B levantan cargas iguales hasta la

misma altura. La grúa A emplea más tiempo que la grúa B. ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas?

I. Ambas desarrollan el mismo trabajo. II. La grúa A es más potente que la grúa B.

III. Las grúas desarrollan igual potencia.

A) I y II B) I y III C) Sólo I D) Sólo II E) Sólo III

10. ¿Qué produce una fuerza cuando actúa sobre un

cuerpo y lo desplaza?

II. Aplica las fórmulas y resuelve los siguientes problemas:

01. Un tractor arrastra el arado con una fuerza de 6

000 N. ¿Qué trabajo realiza en 15 m?

A) 60 000 J B) 70 000 J C) 80 000 J D) 90 000 J E) 100 000 J

02. La potencia del motor de un ventilador doméstico es de 35 W. ¿Qué trabajo efectúa en 10 minutos?

A) 19 KJ B) 21 kJ C) 23 kJ D) 25 kJ E) 27 Kj

03. ¿Qué trabajo realiza un caballo que arrastra un

carro a 2 km de distancia, si un dinamómetro interpuesto entre el caballo y el carro marca, por término medio, la fuerza de 1 750 N?

Rp.- 3 500’ 000 J

04. Se levanta un libro de 0,4 kg hasta una altura de 1,5 m en un tiempo de 3 s. ¿Qué potencia desarrolló?

A) 1 W B) 2 W C) 3 W D) 4 W E) 5 W

05. ¿Qué trabajo realiza un muchacho al trasladarse

de la calle a su habitación del tercer piso, si pesa 470 N y la altura de cada piso es de 4 m?

Rp.- 5 649 J

06. ¿Qué trabajo realizamos al arrastrar durante 15 m una viga de hierro, si un dinamómetro interpuesto entre nuestros brazos y la viga marca 250 N de fuerza? Rp.- 3 750 J

07. ¿Qué trabajo desarrolla una bomba para elevar 50

litros de agua 33 m de altura? Si este trabajo lo realiza en 6 segundos ¿qué potencia desarrolla la bomba?

Rp.- 2 695 W

08. Una cascada de agua suministra 27 m3 de agua

por minutos desde una altura de 5 m ¿Cuál es su potencia en CV, sabiendo que un caballo de fuerza (cv) equivale a 735 vatios?

Rp.- 30 CV

09. Un salto de agua suministra 18 m3 por minuto y

tiene una potencia de 60 CV ¿Cuál será su altura? Recuerda que 1 CV = 735 W.

Rp.- 15 m 10. ¿Qué peso se podrá levantar con una potencia de

52 N que actúa sobre un brazo de 1,75 m siendo 0,50 el brazo de resistencia?

Rp.- 182 N

11. Un caballo arrastra un peso de 6 500 N durante 2 horas con una velocidad de 1,5 m/s ¿Qué trabajo realiza?

Rp.- 702 x 105 J

12. Un caballo lleva de paseo a un muchacho de 40 kg

de masa durante media hora con velocidad de 3 m/s Calcula el trabajo realizado por el animal. Recuerda 1 kg de masa pesa 9,8 N.

Rp.- 21 168 x 102 J

13. Para arrastrar un baúl por el suelo hemos tenido

que aplicar una fuerza de 200 N Calcula el trabajo realizado al desplazar el baúl una distancia de 8 m, si la cuerda con que se tira tienen la misma dirección.

Rp.- 1 600 J 14. La masa de un ciclista, junto con la de su bicicleta,

es de 70 kg. Si el ciclista termina la subida de una rampa de 4 m de desnivel con la misma velocidad con la que comenzó a subirla ¿Qué trabajo ha realizado en esta subida?

Rp.- 2 744 J

15. Una estudiante cuya masa es de 50 kg asciende por

una cuerda de 5 m de longitud en un tiempo de 8 s. Calcula el trabajo efectuado por la estudiante y la potencia que ha desarrollado.

Rp.- 2 450 J; 306,25 W 16. La potencia de un automóvil es de 90 CV.

Determina el trabajo realizado por dicho automóvil durante un viaje de dos hora y media de duración y expresa el resultado en joules y en kilovatios – hora.

Rp.- 595,35 x 106 J; 165,4 kW – h

17. ¿Cuál es la potencia de un motor que acciona una

bomba que saca 36 litros de agua por hora de un pozo que tiene 15 m de profundidad.

Rp.- 0, 002 HP

18. ¿Cuál es la potencia en caballos ingleses (H.P) desarrollada por el motor de un ómnibus de 104 kg que en 3,5 horas llega del Callao a Ticlio cuya altura sobre el nivel del mar es 4 860 m?

Rp.- 50,67 HP

Nivel II Gráfico para las preguntas 1, 2, 3 y 4. 01.- Calcular el trabajo efectuado por la F1 para un recorrido de 5 m. a) 40 J b) 42 c) 50 d) 51 e) 45 02.- Calcular el trabajo efectuado por F2 para un recorrido de 4 m. a) -45 J b) -46 c) 48 d) -50 e) -32 03.- Calcular el trabajo realizado por la fuerza normal para un recorrido de 2 m. a) 200 J b) 100 c) 0 d) -50 e) 50 04.- Calcular el trabajo neto para un recorrido de 5 m. a) 10 J b) 11 c) 12 d) 14 e) 15

05.- Sabiendo que el trabajo realizado por la fuerza "F", es de 400 J de "A" hasta "B", ¿cuál es el módulo de dicha fuerza? a) 16 N b) 32 c) 8 d) 25 e) 40 06.- Determina la medida de " " si el trabajo por la

fuerza "F" es 50 N en el trayecto de "A" hasta "B" es de 600 J. a) 45° b) 37° c) 53° d) 42° e) 30° 07.- Encontrar el trabajo que realiza la fuerza F de 30 N en el trayecto de "P" hasta "Q", si además = 120°.

a) 200 J b) 400 c) 100 d) 150 e) 300 08.- Una fuerza horizontal "F" constante empuja un bloque, sobre un plano inclinado, efectuándo un trabajo de 60 J al trasladarlo desde "M" hasta "N". ¿Cuál es el valor de "F"? a) 1 N b) 2 c) 3 d) 6 e) 5 09.- Si el bloque de 2 kg se desplaza con velocidad constante de 2 m/s durante 5 s, calcular ¿qué trabajo realizó el rozamiento? (g=10 m/s

2)

a) 40 J b) -40 c) -80 d) 160 e) 80 10.- Si el bloque de 5 kg se desplaza con velocidad constante desde "A" hasta "B", hallar el trabajo que realiza "F". AB = 30 m; c = 0, 2.

a) 500 J b) 450 c) 400 d) 350 e) 300

FABRICACIÓN DE UNA LINTERNA DE MANO

MATERIALES ALAMBRE BI POLAR 50 cm

DOS PILAS DOBLE AA 1 FOCO LED

1 HOJA BOND CINTA AISLANTE

1. ¿Qué principio fundamental de la física se aplicó para la construcción de la linterna de mano?

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2. ¿A Quién se le considera el creador de la primera bombilla de luz?

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3. Ilustra el circuito eléctrico, y conviértelo a circuito lógico matemático.

4. Si las resistencias están en serie como seria su fórmula para desarrollar

5. Investiga acerca de la anécdota de la creación de la primera bombilla eléctrica.

6. Investiga acerca de la energía mecánica y elabora un circulo concéntrico

¿Qué aprendí hoy?

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¿Cómo lo he aprendido?

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¿Para qué me servirá lo que aprendí?

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PASITOS DE INVESTIGACIÓN