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ENERGIA, TRABAJO, POTENCIA, IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO

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karen gomez granados

on 4 April 2014

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Transcript of ENERGIA, TRABAJO, POTENCIA, IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO

ENERGIA
Se define energía como la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo físico, esta puede ser Energía Mecánica, es decir, debida a los cambios entre energía potencia y cinética, Energía Cinética que está relacionada con el movimiento y Energía Potencial Gravitatoria relacionada con la altura a la que se allá un cuerpo.
Matemáticamente se expresa como:
W= F . d = W . d . cos
Donde
F

es el módulo de la fuerza
d
es el desplazamiento y el angulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento.
Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.
energia cinetica:
Energía Cinética

Es la forma de energía relacionada con el movimiento, se define por:

Ec = 1/2 mv2 (un medio de la masa por la velocidad elevada al cuadrado)

Donde
Ec = Energía Cinética (se mide en Julios (J) o ergios)
m = masa (se mide en kilogramos (Kg) o gramos (gr))
v = velocidad (se mide en metros sobre segundo (m/s) o centímetros sobre segundo (cm/s))

energia potencial gravitatoria :
Energía Potencial Gravitatoria

Es la forma de energía relacionada con la altura a la cual se encuentra un cuerpo respecto a la superficie terrestre.

Ep = mgh

Donde
Ep = Energía Potencia (se mide en Julios (J) o ergios)
m = masa (se mide en kilogramos (Kg) o gramos (gr))
h = altura (se mide en metros (m) o centímetros (cm))
g = gravedad (tiene un valor de 10m/s2 ó 1000cm/s2 (s2 representa segundo al cuadrado))

Energia mecanica:
Es la suma de la energía cinética y potencial, se define con Em donde:

Em = Ec + Ep
En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra
W
(del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules
(J)
en el Sistema Internacional de Unidades.
Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía, nunca se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW.


ENERGIA, TRABAJO, POTENCIA, IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO.
TRABAJO
potencia
En física, potencia (símbolo P) es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.
Si W es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:
P= (P) W / Δt
La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo Δt se aproxima a cero. En el caso de un cuerpo de pequeñas dimensiones:

impulso
El impulso es el producto entre una fuerza y el tiempo durante el cual está aplicada. Es una magnitud vectorial. El módulo del impulso se representa como el área bajo la curva de la fuerza en el tiempo, por lo tanto si la fuerza es constante el impulso se calcula multiplicando la F por Δt, mientras que si no lo es se calcula integrando la fuerza entre los instantes de tiempo entre los que se quiera conocer el impulso.

cantidad de movimiento
La cantidad de movimiento es el producto de la velocidad por la masa. La velocidad es un vector mientras que la masa es un escalar. Como resultado obtenemos un vector con la misma dirección y sentido que la velocidad.
La cantidad de movimiento sirve, por ejemplo, para diferenciar dos cuerpos que tengan la misma velocidad, pero distinta masa. El de mayor masa, a la misma velocidad, tendrá mayor cantidad de movimiento.



m = Masa
v = Velocidad (en forma vectorial)
p = Vector cantidad de movimiento

ejemplo de cantidad de movimiento
Una pelota de béisbol de 0,15 kg de masa se está moviendo con una velocidad de 40 m/s cuando es golpeada por un bate que invierte su dirección adquiriendo una velocidad de 60 m/s, ¿qué fuerza promedio ejerció el bate sobre la pelota si estuvo en contacto con ella 5 ms?.

Desarrollo
Datos:

m = 0,15 kg

vi = 40 m/s

vf = - 60 m/s (el signo es negativo ya que cambia el sentido)

t = 5 ms = 0,005 s

Δp = I

pf - pi = I
m.vf - m.vi = F.t
F = m.(vf - vi)/t

F = 0,15 kg.(- 60 m/s - 40 m/s)/0,005 s
F = 0,15 kg.(- 100 m/s)/0,005 s
F = - 3000 N
ejemplo:

Una partícula de masa 2.5 kg en movimiento, pasa por un punto a una velocidad de 12 MIS y después pasa por otro a 28 m/s.
¿Cuál es el trabajo realizado por todas las fuerzas que actúan sobre ella?
Primero se determina cada una de las fuerzas cinéticas y luego se lleva a cabo la diferencia.
Ec=1/2 mv2
Ec1=1/2 (2.5 kgs)(12 m/s)2=180 J
Ec2=1/2 (2.5 kgs)(28 m/s)2=980 J
W= Ec2-Ec1=980 J-180 J=800 J

video de energia y trabajo
ejemplo de trabajo
Se empuja un libro 1.20 m sobre una mesa horizontal con una fuerza horizontal de 3.0 N. La fuerza de fricción opuesta es de 0.6 N. a) ¿Qué trabajo efectúa la fuerza de 3.0 N?; b) ¿Y la fricción?;c) ¿Qué trabajo total se efectúa sobre el libro?

a) La fuerza de 3 N está en dirección al desplazamiento. Entonces:
W = (3.0 N)*(1.20 m) = 3.6 N.m = 3.6 J
b) La fricción también está dirigida hacia el eje x, pero con sentido contrario:
Wf = (- 0.6 N)*(1.20 m) = - 0.72 J
c) El trabajo total está dado por la componente de la fuerza resultante en dirección al movimiento. Las fuerzas que actúan en dirección al movimiento son la de 3.0 N y la fricción:
∑Fx = 3.0 N + (- 0.6 N) = 2.4 N y
Wt = (2.4 N)*(1.2 m) = 2.88 J.
donde Wt es el trabajo total efectuado. Éste resultado es el mismo si se suman los trabajos individuales de cada fuerza que actúa sobre el cuerpo:
Wt = W + Wf = 3.6 J + (- 0.72 J) = 2.88 J


ejemplo de potencia
Calcule la potencia que requiere requiere un automóvil de 1.200 kg para las siguientes situaciones:
a) El automóvil sube una pendiente de 8º a una velocidad constante de 12 m/s.
b) El automóvil acelera de 14 m/s a 18 m/s en 10 s para adelantar otro vehículo, en una carretera horizontal. Suponga que la fuerza de roce o fuerza de retardo es constante e igual a Fr = 500 N.


F denota la fuerza que impulsa al auto.
SOLUCION.
a) A velocidad constante la aceleración es cero, de modo que podemos escribir:
F = Fr + mgsen
F = 500 N + 1200 kg•9,8 m/s2 •sen8º = 2.137 N
Usando P = Fv, resulta P = 2.137N•12m/s = 25644 watts, que expresada en hp resulta 34,3 hp.
b) La aceleración es (18m/s - 14m/s)10s = 0,4 m/s2.
Por 2ª ley de Newton, la resultante de las fuerzas externas debe ser igual a ma, masa por aceleración.
F - Fr = ma
F = 1200kg•0,4m/s2 + 500N = 980 N
La potencia requerida para alcanzar los 18 m/s y adelantar es
P = Fv = 980N•18m/s = 17.640 watts ó 23,6 hp.



ejemplo de impulso
Un patinador de 80 kg de masa le aplica a otro de 50 kg de masa una fuerza de 25 kgf durante 0,5 s, ¿qué velocidad de retroceso adquiere el primero y que velocidad final toma el segundo?.
Desarrollo
Datos:
m1 = 80 kg
m2 = 50 kg
F = 25 kgf = 25 kgf.9,8.665 N/1 kgf = 245,17 N
t = 0,5 s

Según la definición de impulso:
I = F.t
I = 245,17 N.0,5 s
I = 122,58 kg.m/s

El impulso en el momento del choque es el mismo para ambos cuerpos y el impulso también es igual a la cantidad de movimiento.
I = m1.v1
I/m1 = v1
v1 = (122,58 kg.m/s)/80 kg
v1 = 1,53 m/s
I = m2.v2
I/m2 = v2
v2 = (122,58 kg.m/s)/50 kg
v2 = 2,45 m/s


video de impulso y cantidad de movimiento
PRESENTADO POR:
Karen Juliet Gomez Granados
Full transcript