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UNIDAD 7. MECÁNICA
32
MECÁNICA
4º ESO
Trabajo y energía
Ambos son conceptos estrechamente relacionados.
Energía es la capacidad de los cuerpos para producir un trabajo.
Trabajo realizado (W) es igual a la variación de energía.
Trabajo y energía se miden en julios (J). Otra unidad de energía es la caloría (1 cal = 4,187 J).
Solo se realiza trabajo cuando una fuerza produce un desplazamiento en su misma dirección.
Trabajo y energía
Sin desplazamiento no hay trabajo.
W = 0
Si el desplazamiento es perpendicular a la fuerza no hay trabajo.
W=0
Trabajo y energía cinética
Cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo y le incrementa su velocidad, el cuerpo varía su energía cinética (Ec).
El trabajo realizado por la fuerza se invierte en aumentar la energía cinética.
Trabajo y energía cinética
Energía potencial
La energía potencial (Ep) es la energía que posee un cuerpo en virtud de la posición que ocupa y es distinta a la que tiene en equilibrio.
La energía potencial elástica es la que posee un cuerpo elástico por el hecho de estar comprimido o estirado.
La energía potencial gravitatoria es la que posee un cuerpo por el hecho de encontrarse a cierta altura, h.
Trabajo y energía potencial
Trabajo y energía potencial gravitatoria
Cuando un cuerpo cae desde cierta altura o es subido hasta cierta altura, la fuerza peso realiza un trabajo. El trabajo realizado es igual a la variación de la energía potencial gravitatoria.
Si el cuerpo cae, la fuerza peso realiza un trabajo positivo (está favorecido).
Si es cuerpo sube, la fuerza peso realiza un trabajo negativo (va en contra de la fuerza peso).
Trabajo y energía potencial gravitatoria.
El signo del trabajo dependerá del caso.
Ver dibujos página 240 del libro de texto.
Trabajo y energía potencial elástica
Cuando estiramos o comprimimos un muelle la fuerza elástica realiza un trabajo, que es igual a la variación de la energía potencial elástica.
El valor de la fuerza elástica depende de la longitud que esté alargado el muelle (F = K · x, directamente proporcional) y, por tanto, el trabajo que realiza esta fuerza no es constante.
Trabajo y energía potencial elástica.
Definición de trabajo
El trabajo W realizado por una fuerza F que actúa con un ángulo respecto al desplazamiento que produce es:
Consecuencias de la definición de trabajo.
Consecuencias de la definición de trabajo.
1. El trabajo es máximo y positivo si la dirección y sentido de la fuerza coinciden con los del desplazamiento.
Casos 1 y 2
2. El trabajo realizado por la fuerza es nulo si su dirección es perpendicular al desplazamiento.
Consecuencias de la definición de trabajo.
3. El trabajo realizado es negativo si el desplazamiento y la fuerza tienen sentidos opuestos.
Casos 3 y 4
4. Cuando la dirección de la fuerza y el desplazamiento no coinciden, solo realiza trabajo la componente de la fuerza que coincide con la dirección del desplazamiento.
Conservación de la energía mecánica
La energía mecánica (Em), es la suma de la energía cinética (Ec) y la energía potencial (Ep).
La suma de ambas energías permanece siempre constante en cualquier punto.
Principio de conservación de la energía mecánica
Conservación de la energía total
Si existen fuerzas de rozamiento, la energía mecánica disminuye, ya que la fuerza de rozamiento realiza un trabajo en el que parte de la energía mecánica se pierde o disipa en forma de calor.
No obstante, la energía total (mecánica + disipada en forma de calor) sí permanece constante.
Así pues, el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento es igual a la variación de energía mecánica.
Principio general de conservación de la energía total
Ver imagen página 244 del libro de texto.
Formas de intercambio de energía
Si dos cuerpos a diferente temperatura se ponen en contacto, el que está a mayor temperatura cederá energía al que posee menor temperatura. La energía transferida se denomina calor.
El café, al estar a mayor temperatura, cede calor al hielo.
Transferencia de energía: trabajo y calor
El intercambio de energía mediante trabajo se produce cuando existe movimiento debido a la acción de una fuerza.
Al frotar cubos de hielo entre sí se produce un trabajo, que hace que el hielo se funda.
Potencia
Potencia es la magnitud física que mide la rapidez con la que se realiza un trabajo.
Potencia
La unidad de potencia en el SI es el vatio (W), que equivale a la potencia desarrollada al realizar un trabajo de 1 J en 1 s.
Se usa con frecuencia el kilowatio (kW) (1 kW = 1000 W) y el caballo de vapor (CV) (1 CV = 736 W).
A partir del kW se define una nueva unidad de trabajo, el kilowatio-hora (kW · h), que representa el trabajo realizado por una máquina de 1 kW de potencia durante 1 hora (1 kW · h = 3600000 J)