Bienvenidos a la clase de Introducción a la Física Prof Di Mauro luiginaveronicadimauro@gmail.com
Deben tener todos los
temas trabajados en sus carpetas.
Descarga de
actividades y libro
Entregar todas las
actividades al mail: luiginaveronicadimauro@gmail.com
Video de la clase del 29 de Mayo
La energía busca trabajo
Una de las formas de transferir energía es mediante el
trabajo. Lo que ocurre es que la palabra trabajo tiene un
significado muy amplio en la vida cotidiana y bastante preciso en física, de
manera que debemos acordar a qué llamamos trabajo.
El concepto que tiene la física es diferente al usado en
forma habitual: se realiza un trabajo cuando una fuerza mueve un objeto y lo
desplaza. Esta noción científica no coincide con la idea de trabajo que tiene el
gerente de un banco o el capataz de una obra de construcción, pero es la que vale
en física.
Para que se realice una transferencia de energía en
forma de trabajo entre dos sistemas, debe existir una interacción entre ambos,
es decir, debe existir una fuerza y un desplazamiento asociado a esta.
En
física nos referimos a trabajo como a una de las maneras de
intercambio (transferencia) de energía entre sistemas o entre el sistema y su
entorno, que involucra una transformación de la materia a través de
interacciones.
Realice en su carpeta la actividad de la página 30 y
además, las actividades 2 y 4 de la página 33.
TRABAJO Y ENERGÍA CINÉTICA
Existe una importante relación entre el
trabajo neto realizado sobre un cuerpo o sistema y la velocidad de este en las
posiciones inicial y final.
Recordemos que:
Una fuerza constante F, aplicada sobre una masa
m, provoca un cambio en su velocidad, descripto por la aceleración a,
que es también constante. Escrito como fórmula, resulta:
F = m . a
La aceleración describe cómo cambia la velocidad
respecto del tiempo y puede expresarse como
la diferencia entre la velocidad final Vf y la
inicial Vi, divididas por el tiempo t:
a = (Vf-Vi)/t ; de donde t = (Vf-Vi)/a
Como el desplazamiento es d = Vm.t y Vm = (Vf+Vi)/2,
al reemplazar t y Vm, resulta que:
Sabiendo que el trabajo es W = F . d
Donde la fuerza F puede reemplazarse por m.a;
de donde resulta que:
W =
m . a . d
Si
reemplazamos a según ecuación (1), nos queda:
Distribuyendo, resulta
que:
El trabajo realizado
sobre un cuerpo o sistema es igual a la variación de energía cinética de este.
TRABAJO
Y ENERGÍA GRAVITATORIA
El trabajo mecánico necesario para elevar un cuerpo a
una cierta altura h va a ser igual a la cantidad de energía potencial
que almacena el cuerpo al alcanzar dicha altura.
Un cuerpo de masa m dentro de un campo
gravitatorio g tiene un cierto peso P, de forma tal que:
P = m.g
Si subimos el cuerpo hasta una altura h,
haremos un trabajo que se almacenará como energía potencial
gravitatoria:
En donde hf es la altura final del cuerpo y hi
es su altura inicial. Una variación de altura produce un
cambio en la energía potencial gravitatoria:
Δh → Δ Ep
Si, por ejemplo, tomamos un libro, cuya masa es de 0,5
kg y, desde el piso, lo colocamos en un
estante ubicado a 2 m sobre el suelo, nuestro libro
tendrá ahora una energía potencial dada por:
Ep =
m.g.h =
0,5 kg x 9,8 m/s² x 2m = 9,8 julios
Esta energía potencial representará el trabajo que
hicimos para subir el libro.
MANTENIENDO LA ENERGÍA: EL INTERCAMBIO ENTRE ENERGÍA
CINÉTICA Y POTENCIAL
El principio de conservación de la
energía es uno de los principios básicos de la física y sostiene
que, si un subsistema ha perdido energía,
es otro u otros subsistemas los que han ganado la misma
cantidad, de forma que la cantidad total
de energía permanece invariable.
Imaginemos un vagón de montaña rusa en dos puntos
diferentes de su trayecto: 1 y 2.
La energía mecánica total de un cuerpo es la suma de
su energía cinética y su energía potencial.
La energía mecánica en el punto 1 valdrá:
EM1 = m.g.h1 + ½.m.v1
En el punto 2 será:
EM2
= m.g.h2 + ½.m.v2
Si no hay rozamiento, se verifica que la energía total
se mantiene:
Los invito a desarrollar estos conceptos con un
simulador que encontrarán en el siguiente enlace:
https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park-basics/latest/energy-skate-park-basics_es.html
Trabajo Práctico
Energía Cinética, Potencial y Mecánica
1. Un adulto de 70 kg camina a una rapidez de 1,3 m/s.
a. ¿Cuál es su energía cinética?
b. ¿Cuál sería su rapidez si su energía cinética se
duplicara?
2. Un cuerpo que se desplaza horizontalmente tiene una
energía
cinética de 100 J. Si su masa es de 12 kg, ¿cuál es su
rapidez?
3. ¿Cuál es la masa de un cuerpo que se desplaza a 5
m/s si su energía cinética es de 300 J?
4. Un automóvil cuya masa es de 1000 kg se desplaza
con una rapidez de 15 m/s.
¿Cuál es su energía cinética?
5. Un cuerpo de masa m se desplaza con una rapidez v.
¿Qué ocurre con su energía
cinética si se duplica su rapidez?
6. ¿Cuál es el valor del trabajo mecánico necesario
para acelerar un automóvil de 1000 kg desde el reposo hasta 25 m/s?
7. ¿Cuánto trabajo es necesario realizar para frenar
el auto del problema anterior si se desplaza a
una rapidez de 80 km/h?
8. Un cuerpo de 2 kg, inicialmente en reposo, se
desplaza bajo la acción de una fuerza que realiza un trabajo de 9 J. ¿Cuál es
el valor de la velocidad final de dicho cuerpo?
9. ¿Cuál es la energía potencial gravitatoria que
posee un cuerpo de 3 kg si se encuentra a 10 m sobre el
suelo terrestre?
10. Un astronauta toma una roca de 5 kg y la levanta
hasta una altura de 1 m. Si el trabajo requerido para ello es de18,55 J, ¿en
qué planeta se encuentra? ¿Por qué?
11. ¿Cuál es la energía mecánica que posee un atleta
durante un salto en largo, en el instante en el que su centro de masa se
encuentra a 1,50 m de altura y su rapidez es de 5 m/s?
12. ¿Cuál es la energía mecánica de una pelota de 500
g lanzada verticalmente hacia arriba, cuando alcanza una altura máxima de 6 m?
13. Una maceta mal ubicada sobre la baranda de un
balcón cae desde una altura de 9 m hasta la vereda. Despreciando el rozamiento
con el aire, ¿con qué rapidez llega al suelo? ¿Es necesario conocer el valor de
la masa de la maceta? ¿Por qué?
14. ¿Cuál es la altura que puede alcanzar un atleta
que realiza un salto con garrocha si su rapidez de
despegue es de 8 m/s?
15. ¿Con qué rapidez llegará un objeto al suelo si se
lo deja caer desde una altura de 5 m?
16. ¿Desde qué altura se dejó caer un objeto si llegó
al suelo con una rapidez de 7 m/s?
No hay comentarios:
Publicar un comentario