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FISICA I

“Unidad N°: 5 – Trabajo y Energía”

Profesor: Cazzaniga, Alejandro J. – Física I – E.T.N°: 28 - “República Francesa” Pág. 1 de 11

“Un hombre inteligente es aquel que se erige una fortaleza con las piedras que le lanzan sus enemigos”

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Un poco de historia A comienzos del siglo XVIII ocurrió algo nuevo en la faz de la Tierra: el hombre inventó máquinas que trabajaban por él usando el poder del fuego. Las máquinas eran alimentadas con carbón, y gracias a lo que se armó la fuerza motriz del fuego, hacían el trabajo en: primero bombearon agua para desagotar las minas de carbón, luego movieron cosas, después comenzaron a propulsar vehículos, y definitivamente pusieron en marcha una revolución, la Revolución Industrial. En el proceso de tratar de que las máquinas hicieran más cosas con menos gasto de carbón se desarrolló uno de los conceptos más fecundos de la física, el concepto de energía, que luego desbordó el marco de la física, y ahora trata con todas las ciencias.

Trabajo La palabra trabajo se emplea diferentes maneras: Un estudiante dice: “Me costó mucho trabajo aprender la lección de inglés”. En un diario se lee: “… Los conflictos entre el capital y el trabajo…”. En física, la palabra trabajo se emplea en un sentido muy diferente y mucho más restringido. Diremos que un hombre o una máquina, realiza un trabajo, cuando vence una resistencia a lo largo de un camino. Cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo y éste sufre un desplazamiento, se dice que se ha producido un trabajo. El trabajo lo realiza una fuerza, sin especificar la naturaleza de la misma. Si la fuerza surge de un proceso mecánico será un trabajo mecánico; de un proceso eléctrico será un trabajo eléctrico; y un proceso químico será un trabajo químico; etc. Para que haya trabajo deben cumplirse dos condiciones en forma simultánea:

a) Tiene que existir una fuerza y ésta tiene que poder descomponerse en una dirección igual a la del desplazamiento del cuerpo, sino puede existir la fuerza y no haber trabajo.

b) Tiene que haber desplazamiento, pero no obstante puede haber desplazamiento y no trabajo.

Si coincide el sentido de la componente con el sentido del desplazamiento se dice que es un trabajo motor, mientras que si los sentidos son opuestos se dice que es un trabajo resistente. El trabajo de una fuerza se calcula de la siguiente manera:

αcos..dFT =

Casos particulares:

Si la fuerza es paralela al plano por el cual se desliza el cuerpo entonces:

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αcos..dFT =

Como α = 0° ∴ Cos 0° = 1 entonces:

dFT .=

Como la fuerza coincide con el sentido de desplazamiento, el trabajo será positivo y en consecuencia es un trabajo motor y por lo tanto favorece al desplazamiento. Si la fuerza es paralela pero su sentido es opuesto al del desplazamiento:

αcos..dFT =

Como α = 180° ∴ Cos 180° = -1 entonces:

).( dFT −=

Si el trabajo es negativo se lo llama trabajo resistente y por lo tanto la fuerza se opone al movimiento. Por último faltaría analizar que ocurre si la fuerza fuera perpendicular a la dirección de desplazamiento:

αcos..dFT =

Como α = 90° ∴ Cos 90° = 0 entonces:

0..dFT =

0=T

En este caso el trabajo es nulo, es decir que la fuerza ni favorece al movimiento ni se opone al mismo.

Unidades de trabajo Recordemos que el coseno de un ángulo es un número que no posee unidades.

αcos..dFT =

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Equivalencias

El trabajo actúa como elemento de transferencia de energía, en consecuencia las unidades de energía son las mismas que para el trabajo.

Un cuerpo puede tener energía por diferentes causas:

• Por estar en movimiento (energía cinética). • Por tener una cierta posición relativa (energía potencial).

Potencia

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Energía

El trabajo actúa como elemento de transferencia de energía, en consecuencia las unidades de energía son las mismas que para el trabajo.

La magnitud denominada energía enlaza todas las ramas de la física. En el ámbito de la física, debe suministrarse energía para realizar trabajo. Se define como la capacidad que tiene todo cuerpo para realizar trabajo Si se realiza algún tipo de trabajo es porque hay energía y ese trabajo se transforma en algún tipo de energía.

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Si un cuerpo se encuentra ubicado a una cierta altura respecto de una superficie que se toma de referencia, puede realizar un trabajo si se lo dije a caer. Esa capacidad de trabajo se debe únicamente a la posición, es decir que dicha energía será potencial y se la calcula de la siguiente manera:

⇒=∴=⇒=⇒= gmPhPEpEpLhPL ... hgmEp ..=

Cuando el cuerpo se encuentra en movimiento para detenerlo será necesario aplicarle una fuerza, la cual se desplazará, realizando un trabajo. Se denomina energía cinética al trabajo realizado por un cuerpo en movimiento y se calcula de la siguiente forma:

2..

2

1... tadamFdFEcEcLdFL =⇒=⇒=⇒=⇒=

taVtamEctaamEc ....2

1.

2

1..

222=⇒=⇒=

2..

2

1VmEc =

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Webs de interés y consulta:

http://phet.colorado.edu/es/simulation/energy-skate-park-basics https://sites.google.com/site/fisicayquimicaiestamaraceite/materiales-de-aula/fisica-y-quimica-1-bachillerato/unidad-7-trabajo-mecanico-y-energia http://aulavirtual.catedra.com.co:8081/editordata/0/TRABAJO_POTENCIA_Y_ENERGIA/

“Gracias a la memoria se da en los hombres lo que se llama experiencia”

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