TRABAJO Y ENERGÍA

ENERGÍA:


Es la propiedad que tienen los cuerpos para provocar cambios. La energía es una magnitud fundamental que se manifiesta de muy diversos modos.


En física, la energía es la cantidad de trabajo que un sistema es capaz de realizar. En otras palabras, la energía da una idea de la capacidad de un sistema para cambiar su estado o de modificar el de otro sistema.



La unidad de medida de la energía en Sistema Internacional es el Julio.


TIPOS DE ENERGÍA

Los sistemas son capaces de cambiar o de provocar cambios, de muy distintas formas y en todas y cada una de las magnitudes del sistema; si la energía es la capacidad de efectuar esos cambios, entonces es acertado suponer que las manifestaciones de la energía son, al menos, proporcionales a los cambios que son capaces de provocar.



Las manifestaciones más elementales, pero no menos importantes, de la energía, son aquellas que derivan, o modifican, la naturaleza de su movimiento o posición. Hablamos entonces de la Energía Mecánica.


Para poder entender y cuantificar la Energía Mecánica debemos conocer antes:



ENERGÍA CINÉTICA: es la que poseen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Es proporcional a la masa del cuerpo y al cuadrado de la velocidad con que se desplaza. Analíticamente viene expresada como:




ENERGÍA POTENCIAL: es la que poseen los cuerpos por el mero hecho de estar a cierta altura sobre el suelo. Es proporcional a la masa del cuerpo, a la intensidad del campo gravitatorio al que está sujeto el cuerpo y a la altura sobre el suelo. Analíticamente viene expresada como:




ENERGÍA MECÁNICA: es la suma de las dos anteriores.



TRABAJO: es la energía puesta en juego al desplazar un sistema al aplicarle una fuerza. Analíticamente:





PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA


Si la energía es la capacidad para producir cambios o para producir un trabajo, cada vez que un sistema cambie, lo hace a costa de su energía, por lo que, cuando dicho sistema realice varios cambios y agote su energía, quedará inmutable. esto no sucede así. en el Universo, la energía es constante, solo que va cambiando de forma y de unos sistemas a otros:





"la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma"


O lo que es lo mismo, la variación de energía total es cero; la energía es constante. Analíticamente:



EJERCICIOS Y PROBLEMAS


1) Un cuerpo de 5 kg se eleva con velocidad constante a una altura de 10 m mediante una fuerza F. Determine el trabajo realizado sobre el cuerpo a) por la fuerza F y b) por la tierra. c) ¿Cuál es el trabajo neto realizado por todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo?

2) Una caja de 10 kg descansa sobre una mesa horizontal. El coeficiente de fricción entre la caja y

la mesa es 0.4. Una fuerza actuando en la misma dirección del desplazamiento impulsa la caja a velocidad constante a lo largo de 5m. Determinar el trabajo realizado

a) por la fuerza F

b) por la fuerza de fricción.



3) Una masa de 2 kg y una masa de 200 kg poseen la misma cantidad de movimiento. ¿Cuál es el cociente de sus energías cinéticas?


4) Un objeto de 5 kg es levantado por una cuerda ejerciendo una fuerza T de modo que se desplaza hacia arriba con una aceleración de 5 m/s2. El objeto se eleva 3 m. Determine:


a) La tensión T

b) el trabajo realizado por T

c) el trabajo realizado por la tierra

d) la energía cinética del objeto después de ser elevado 3 m, si originalmente estaba en reposo.



5) Un objeto de 3 kg en reposo se deja libre a una altura de 5 m sobre una rampa curva y sin rozamiento. Al pie de la rampa existe un muelle cuya constante es k = 400 N/m. El objeto se desliza por la rampa y llega a chocar contra el muelle, comprimiéndolo una distancia x antes de que quede momentáneamente en reposo. Determine x.



6) A un cuerpo de 50 kg se le aplica una fuerza constante F de 8 N formando un ángulo de 30 grados con la horizontal. Suponiendo que no existe rozamiento, halle la velocidad del cuerpo después de haber recorrido 6 m partiendo del reposo.



7) El sistema que se muestra en la figura está inicialmente en reposo y luego se deja en libertad. Determine la velocidad de los objetos cuando están a la misma altura. m1 = 3 kg; m2 = 2 kg;




8) Una masa de 2 kg está sujeta a una altura de 20 m por encima del suelo y se deja en libertad en el instante t = 0 s.

a) ¿Cuál es la energía potencial original de la masa relativa al suelo?.

b) A partir de las leyes de Newton, determine la distancia recorrida en un segundo y su velocidad para t = 1 s.

c) Calcule la energía potencial, la energía cinética y la energía mecánica total del cuerpo para t = 1 s.

d) Calcule la energía cinética y la velocidad del cuerpo un instante antes del choque contra el suelo.



9) Un bloque de 2 kg situado a una altura de 3m se desliza por una rampa curva y lisa desde el reposo. Resbala 9 m sobre una superficie horizontal rugosa antes de llegar al reposo.

a) ¿Cual es la velocidad del bloque en la parte inferior de la rampa?;

b) ¿Cuánto trabajo ha realizado el rozamiento sobre el bloque?;

c) ¿Cual es el coeficiente de rozamiento entre el bloque y la superficie horizontal?



10) Un esquiador de masa m, intenta recorrer la pista de la figura. Despreciando rozamientos ¿Cuál es el valor mínimo de la altura H desde la que se tiene que dejar caer para que complete la trayectoria circular de radio R?




11) Una masa de 2 kg está sujeta a una altura de 20 m por encima del suelo y se deja en libertad en

el instante t = 0 s.

a) ¿Cuál es la energía potencial original de la masa relativa al suelo?

b) Determine la distancia recorrida en un segundo y su velocidad para t = 1 s.

c) Calcule la energía potencial, la energía cinética y la energía mecánica total del cuerpo para t = 1 s.

d) Calcule la energía cinética y la velocidad del cuerpo un instante antes del choque contra el suelo.



12) Queremos arrastrar un armario de 100kg de masa por el suelo de una habitación hasta situarlo a 5m de distancia. El coeficiente de rozamiento es 0,24.

a) ¿Qué fuerzas realizan trabajo positivo?

b) ¿Qué fuerzas realizan trabajo negativo?

c) ¿Qué fuerzas realizan trabajo nulo?

d) ¿Cuál es el trabajo total realizado si el armario se desplaza a velocidad constante?



13) Para elevar un cuerpo se necesita un motor de potencia 0,2 CV. Si con esa potencia el cuerpo sube a razón de 3m/s, ¿Cuál es el peso del cuerpo?



14) Una bomba de 1,8 kW de potencia extrae agua de un pozo de 15m de profundidad a razón de 300 litros por minuto. Calcula el trabajo útil realizado cada minuto, la energía consumida y su rendimiento.




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