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TRABAJO
El trabajo mecánico puede definirse como el producto de una fuerza por la distancia
durante la cual actúa dicha fuerza.
Al igual que ocurre con el calor, el trabajo es una energía que puede transferirse de un
cuerpo a otro. No obstante, en el caso del trabajo, el potencial involucrado es una
fuerza, o presión, en lugar de temperatura. Como ejemplo podemos considerar la
compresión de un gas dentro de un cilindro por el movimiento de un pistón. La
compresión se realiza al aplicar una fuerza al pistón, resultando una transmisión de
energía es del pistón al gas. La energía así transmitida es trabajo en el sentido
termodinámico.
El efecto del trabajo puede ser de muchas formas, tales como cambios en la energía
potencial, energía cinética.
El trabajo mecánico que produce el cambio en el volumen de un fluido, es el tipo de
trabajo más importante que tiene lugar en los procesos termodinámicos.
La unidad en el SI es el joule, 1 joule (J) = 1 Nm (Newton por metro)
Otra unidad bastante generalizada es el Kilowatt-hora.
1 Kw-h = 3.6 106 J
ENERGÍA
La energía es la capacidad que posee un cuerpo o un sistema de cuerpos para poder
desarrollar un trabajo; se representa en la naturaleza bajo muchas formas diferentes:
La energía potencial: es la de un cuerpo o de un sistema en reposo; es la energía de
posición, energía estática. Así, posee este tipo de energía un objeto colocado a una
cierta altura sobre el suelo, un embalse de agua, un resorte comprimido, una banda de
goma estirada.
Esta energía supone, por lo tanto, la capacidad de poder desarrollar un trabajo, y al
efectuarlo, esta energía disminuye de la cantidad igual al trabajo realizado.
La energía cinética: es la que posee un cuerpo o un sistema en movimiento en virtud
de su masa y de la velocidad que lleva. Así, presenta este tipo de energía un cuerpo que
cae, un caudal de agua, el viento, etc.. Se expresa por la fórmula:
EC = ½ m * v²
m = masa
v = velocidad.
Existen muchas otras formas de energía. La almacenada en los combustibles se llama
energía química, la transportada por un rayo de luz o por ondas de un transmisor de
telefonía es energía radiante, en la región que rodea a un imán existe energía magnética
y la corriente eléctrica produce energía eléctrica.
POTENCIA
La potencia se define como el trabajo realizado en la unidad de tiempo y se mide en
watt. El watt (W) es la potencia que corresponde al trabajo de 1 J (Joule) en 1 s
(segundo).
1 watt (W) = 1 joule por segundo (J/s)
TRANSMISIÓN DE CALOR
Cualquier diferencia de temperatura que pueda darse en un cuerpo, o entre dos
superficies, es seguida de una transmisión de calor hasta que se alcanza la temperatura
de equilibrio. Dicha transmisión puede producirse de tres formas diferentes:



Conducción.
Convección.
Radiación
Generalmente todas ellas tiene lugar de manera simultánea.
Condución:
La transmisión de calor por conducción, tiene lugar dentro de los cuerpos sólidos, o
dentro de las capas delgadas de líquido o gas, tan pronto como las moléculas que vibran
rápidamente, transfieren parte de su energía cinética a aquellas otras colindantes que se
mueven más lentamente.
Es la transferencia de calor por contacto.
Convección:
La transmisión de calor por convección desde un punto a otro dentro de un fluido, gas
o líquido tiene lugar al mezclar una porción del fluido con otro. Existen dos tipos de
convección, libre y forzada.
La convección libre se obtiene mediante la diferencia de densidades que se originan
en el medio por efecto de las diferencias de temperatura.
La convección forzada, es la que se obtiene utilizando un ventilador por ejemplo.
Aquí la transmisión aumenta con la velocidad.
Radiación:
Un grupo caliente emite calor en forma de energía radiante, la cual se propaga en todas
las direcciones. Cuando dicha energía incide sobre otro cuerpo, parte de ella se refleja y
parte se transmite a través de dicho cuerpo. El resto es absorbido y cuantitativamente
transformado en calor. Si dos cuerpos, uno más caliente que el otro, se sitúan en un
recinto cerrado, se produce un intercambio continuo de energía entre ambos. El cuerpo
más caliente irradia más energía que la que absorbe, lo contrario que ocurre en el cuerpo
más frío. Al cabo de un cierto tiempo y después de que se haya establecido el equilibrio
de temperatura, el proceso continúa de forma que cada cuerpo está irradiando y
absorbiendo energía.
PESO
Se define como peso al producto de la masa por la fuerza de gravedad. No se debe
confundir con masa.
Peso = masa * fuerza de gravedad
El peso y la masa de un objeto tienen exactamente el mismo valor numérico. 10 kilos
de papas tendrán un peso de 10 kilos y una masa de 10 kilos. Como los valores son los
mismos, se tiene la falsa impresión de que las palabras son sinónimas.
La medida del peso es la fuerza con que el cuerpo es atraído por la fuerza de gravedad
de la tierra. Sabemos que la gravedad varía de acuerdo a la altura por lo que un objeto
medido a nivel del mar no pesará lo mismo a 4000 metros de altura (el empuje hacia
abajo de las papas depende de dos factores la cantidad de sustancia o materia contenida
en las papas y de la atracción de la gravedad de la tierra).
La medida de la masa no depende del lugar donde se encuentre ésta, la cantidad de
materia que las componen será siempre la misma.
En una balanza podemos calcular la masa de un objeto. En un platillo se pone el objeto
a medir y en el otro las pesas metálicas o mejor dicho masas metálicas hasta lograr el
equilibrio. Una variación de la fuerza de gravedad afectará a ambos de igual forma con
lo que el valor de la masa no se verá alterado.
2.1 La energía: energía cinética
La energía es la capacidad de un objeto de transformar el mundo que le rodea. Su unidad
es el Julio.
Los cuerpos por el hecho de moverse tienen la capacidad de transformar su entorno.
Pensemos que al movernos somos capaces de transportar objetos, de chocar, de
romper.... Realiza la siguiente simulación:
APRENDE :llamamos energía cinética a la energía que posee un cuerpo por el hecho de
moverse. La energía cinética de un cuerpo depende de su masa y de su velocidad según
la relación:
APRENDE::la velocidad de un cuerpo proporciona una capacidad al móvil de transformar
el medio que le rodea. Esta capacidad es su energía cinética que depende del cuadrado
de la velocidad y de la masa.
2.2 La energía: energía potencial
El hecho de estar bajo la influencia del campo
gravitatorio proporciona a los objetos la
capacidad de caer. Recordemos el
aprovechamiento de los saltos de agua en la
generación de energía eléctrica.
A través de la siguiente escena descubriremos la
Energía potencial gravitatoria y la forma de
calcularla:
APRENDE: La energía potencial gravitatoria es
debida la capacidad que tienen los objetos de
caer. Tiene su origen en la existencia del campo
gravitatorio terrestre. Su magnitud es
directamente proporcional a la altura en la que
se encuentra el objeto, respecto de un origen
que colocamos a nivel de la superficie terrestre,
y a la masa del objeto. Su expresión matemática
es:
2.3 Energía mecánica: Principo de conservación
Ya conocemos dos tipos de energía, la energía potencial y la energía cinética. Existen
muchos más tipos de energía: química, nuclear, eléctrica...Sin embargo las dos que
hemos presentado participan en fenómenos muy cotidianos. Históricamente son las que
se aprovechan desde más antiguo.
Vamos a estudiar una situación donde los objetos solo poseen estos dos tipo de energía:
la caída libre.
APRENDE:
La suma de la energía cinética y potencial de un
objeto se denomina Energía Mecánica.
APRENDE:
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
La suma de la energía cinética y potencial de un objeto en caída libre permanece
constante en cualquier instante
1.1 ¿Qué entiende por trabajo la física?
Entendemos por trabajar a cualquier acción que supone un esfuerzo. En Física el
concepto de trabajo se aplica exclusivamente a aquellas acciones cuyo efecto inmediato
es un movimiento. La siguiente escena nos ayudará a precisarlo un poco más.
APRENDE: Trabajo es la magnitud física que relaciona una fuerza con el desplazamiento
que origina.
En el Sistema Internacional de Unidades se mide en Julios (N · m). Su expresión
matemática es:
Vuelve a la simulación y comprueba que el trabajo realizado de cada actividad propuesta
cumple la ecuación.