Download TRABAJO, ENERGIA Y POTENCIA

FÍSICA 10 GRADO ELVER ANTONIO RIVAS CÓRDOBA
ENERGÍA.
Se puede definir informalmente la energía que posee un cuerpo como “una
medida de su capacidad para realizar trabajo”
Julio (J): es la unidad de energía en el Sistema Internacional. Como múltiplo se
usa el kJ (mil julios).
KW · h: unidad de energía derivada, donde el watio (W) es unidad de potencia.
1 kW · h = 3 600 000 J
N ⋅ m ← Joule
Caloría (cal): unidad de energía muy utilizada antiguamente. Como múltiplo se
usa la kcal (mil calorías).
1 cal = 4,18 J
Energía cinética. La energía cinética, Ec, es la energía que posee un cuerpo
debido a que se encuentra en movimiento.
Se puede demostrar que la energía cinética de un cuerpo viene dada por la
fórmula:
1
Ec = . m.v 2
2
Donde m es la masa del cuerpo y v el módulo de su velocidad
EJERCICIO
¿Qué energía cinética posee un cuerpo de 20 kg que lleva una velocidad de 9
km/h?
EC = ?
m = 20 kg
V = 9 km/h= 2,5 m/s
(
m
mV 2 (20 kg) 2,5 s
EC =
=
2
2
)
2
=
62,5 J
Energía potencial. El concepto de energía potencial de un cuerpo está ligado
siempre a una fuerza en reposo o conservativa.
Ep = m.g.h
Donde m es su masa, g el valor de la aceleración de la gravedad y h su altura
respecto al origen de energías potenciales. Este se puede tomar en cualquier
punto que elijamos.
Energía potencial elástica almacenada en un muelle que cumple la ley de
Hooke:
1
Ep = . k. (∆x) 2
2
EJERCICIO:
La constante de elasticidad de un resorte es 24 N/m. Calcula la energía
potencial elástica que posee un cuerpo de 5 kg sujeto al resorte que se
desplaza 0,8 m de su punto de equilibrio.
K = 24 N/m
m = 5 kg
x=0,8 m
Epe = ?
E pe
N

2
 24 (0,8 m )
Kx 2 
m
=
=
2
2
7,68 J
Energía mecánica.
Se denomina energía mecánica de un cuerpo, Em, a la suma de su energía
cinética y su energía potencial.
Em = Ec + Ep
TRABAJO
Concepto de trabajo en la vida cotidiana
El trabajo es la condición fundamental de toda la vida humana. Es la condición
misma del desarrollo del hombre a lo largo de su historia. El trabajo no es
solamente un medio para producir bienes o riquezas tomándola de la historia.
Es el motor que crea al hombre lo desarrolla, impulsa sus habilidades y
capacidades, su inteligencia, así como su cultura.
El concepto físico de trabajo ( W)
Es el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento
del cuerpo en la dirección de esta fuerza.
r r
W = F • dr
W = F r cosθ
θ
La unidad de medida del trabajo es el julio y se abrevia por la letra J. Tenemos
que medir la fuerza en Newton y el espacio en metros.
EJERCICIO
Al realizar un trasteo, entre varios hombres suben un escritorio de 120 kg hasta
el tercer piso de un edificio que está a una altura de 8,40 m. ¿Qué trabajo
realizan? ¿Qué potencia desarrollan si el trabajo lo realizan en 240 s?
m = 120 kg
h = 8,4 m
t = 240 s
w=?
P=?
Trabajo = W = F.h = mg.h = (120 kg)(9,8 m/s2)(8,4 m) = 9.878,4 J
Potencia =
P=
T 9.878,4 J
=
t
240 s
P= 41,16 w
POTENCIA
La potencia es una magnitud eminentemente práctica. Mide la rapidez con que
se realiza un trabajo, es decir, el trabajo realizado por unidad de tiempo.
Se define la potencia media como el cociente entre el trabajo realizado, W, y el
tiempo tardado en realizarlo, ∆t:
Pm =
W
∆t
Su unidad en el S.I. es el vatio (W). 1 W = 1 J/s, es decir, una potencia de un
vatio indica que se realiza un trabajo de un julio cada segundo. Se utilizan
también mucho el kilovatio (kw) y, sobre todo en ingeniería, el caballo de vapor
(C.V.).
1 C.V. = 735 W
⇒
P = F ⋅v
←
Otra forma de
calcular la potencia
Al multiplicar potencia por tiempo nos da trabajo o energía. El kW.h (kilovatio
por hora) es una unidad de energía (no se emplea para trabajo) que equivale a
la energía producida o consumida por un dispositivo con una potencia de 1 kW
al funcionar durante una hora. Su equivalencia con el julio es:
1 kW.h = 3.600.000 J
FORMULAS:
P=
T
t
t=
T = P ⋅t
T
P
TRABAJO Y ENERGIA
L = F ⋅ d ⋅ cos
Fuerza
Aplicada.
Distancia
Recorrida
Trabajo de una fuerza.
Ángulo entre
F yd(oFyV)
Ec = 12 m ⋅ v 2
Energía Cinética.
F ⋅ d = 21 m ⋅v f 2 − 21 m ⋅v 0 2
LF
Ecf
Teorema del
Ec0
CUERPO DE PESO P
Ep = P ⋅ h
A UNA ALTURA h
ó m⋅g⋅h
Em = Ec + Ep
⇒
trabajo y la Energía cinética.
Energía mecánica.
1 Kw h = 3 ,6 ⋅ 10 6 Joule .
1 H.P. = 76
Energía potencial que
Tiene un cuerpo de peso
P que está a una altura h.
← 1 Kilowatt - hora
Kgf ⋅ m
= 745 Watt
s
EJERCICIOS DE APLICACIÓN
1. Un hombre de 70 kg sube a una altura de 20 m. Calcula el trabajo
realizado.
2. Una grúa eleva hasta 12 m una carga de 200 kg en 10 s. ¿Qué
trabajo ha realizado? ¿Con qué potencia lo ha hecho?
3. Un motor de30 W de potencia se emplea para accionar una grúa
que eleva 200 N de fuerza a 15 m de altura. Calcula el tiempo que
tarda en efectuar el ascenso.
4. Calcula la energía potencial que posee un libro de 500 gramos de
masa que está colocado sobre una mesa de 80 centímetros de
altura.
5. Calcula la energía cinética de un coche de 500 kg de masa que se
mueve a una velocidad de 100 km/h.