Trabajo Potencia Energia

TRABAJO POTENCIA  ENERGIA

TRABAJO (W)

El concepto generalizado de trabajo es  diferente al concepto del trabajo mecánico, esto es, no coincide con el significado físico de esta palabra.

En el trabajo de cualquier forma siempre participan dos: el sistema y la fuente de trabajo.

La cantidad de trabajo que se desarrolla depende de la fuerza aplicada y el desplazamiento

TRABAJO MECANICO:

“La transferencia de movimiento mecánico de un cuerpo a otro recibe el nombre de Trabajo Mecánico”

Esta transferencia de movimiento mecánico la cuantificamos por medio de una magnitud escalar denominada Cantidad de Trabajo (W)

Matemáticamente podemos decir: “El trabajo es igual al producto del desplazamiento por la mponente de la fuerza a lo largo del desplazamiento”

TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE  

WF = dcosθ

W_F = Trabajo (W) realizado por la fuerza  para desplazar un bloque una distancia (d)

θ = ángulo formado por  y el desplazamiento

Unidades en el SI

F → Newtons (N)

d → metros (m)

W → Nm = Joule (J)

NOTA:

- El trabajo es una cantidad escalar.

- El trabajo depende del sistema de referencia.

- Fuerza constante es aquella que no cambia su magnitud y dirección

Casos particulares de trabajo mecánico de una fuerza constante:

I. TRABAJO MOTRIZ: θ = 0°,  y d siguen la misma dirección. Trabajo positivo.

 

WF = Fd

II. TRABAJO NULO: θ = 90°,  y d son perpendiculares.

 

WF = 0

III. TRABAJO RESISTIVO: θ = 180°,  en dirección contraria a d.

WF = -Fd

Ejemplo 1: En la figura hallar la aceleración para llevar el bloque de A a B, si el trabajo realizado es 60 Joules. (g = 10m/s²)

Sol.

Es un trabajo motriz → W_F = Fd → 60J = F(2m)

F = 30N

F_R = ma (I)  y  F_R = F – mg (II)

Igualando (I) y (II)

ma = F – mg → (2kg)a = 30N – 20N

a = 5m/s²

TRABAJO NETO o TRABAJO TOTAL

Es la suma de los trabajos que se han desarrollado por aquellas fuerzas que están aplicadas al cuerpo, para esto hay que tener en cuenta los signos de los trabajos + ó -.

Wneto = W₁ + W₂ + W₃

- El trabajo sobre un cuerpo será positivo cuando se le ponga en movimiento.

- El trabajo será negativo cuando tratemos de detenerlo.

- El trabajo de una fuerza será nulo si dicha fuerza es perpendicular a la trayectoria o desplazamiento.

- El trabajo realizado por la Fuerza de gravedad es independiente de la trayectoria. Solo depende de dicha fuerza y la altura desde la posición inicial hasta la posición final.

W_fg = (-)  →  cuando sube

W_fg = (+)  →  cuando baja

Ejemplo 2: Hallar el trabajo neto realizado para desplazar el bloque una distancia de 5m.

F = 25N y fr = 8N

- Eje y → no hay trabajo pues las fuerzas actuantes son perpendiculares al desplazamiento.

- Eje x → Wneto = WF – Wfr

Wn = (25N)(5m) – (8N)(5m) → Wn = 85J

Ejemplo 3: Hallar el trabajo realizado para mover el bloque 20m sobre una superficie lisa. θ° = 53°

- Graficamos:

- Hallamos W

W = Fd

W = (50cos53° – 10N)d

W = (30N - 10N)(20m)

W = 400J

Trabajo realizado por el peso:

El trabajo realizado por el peso, F = mg, es independiente del camino que sigue el cuerpo durante el movimiento, solo es necesario conocer el desplazamiento vertical.

W_F = mgh

CALCULO DEL TRABAJO EN UNA GRAFICA FUERZA - POSICION

Si la fuerza que se aplica a un cuerpo ya sea constante o variable a lo largo de su desplazamiento → el trabajo de esta fuerza equivale al área debajo de su grafica en F – P

W_F = Área

Ejemplo 4: La grafica muestra una fuerza que actúa sobre un cuerpo. Hallar el trabajo realizado durante todo su recorrido.

- recorrido = 12m = d

W_F = A₁ + A₂

W_F = (12m x 8m) + ( )  = 120J

POTENCIA

Es aquella magnitud escalar que nos indica la rapidez con la que se puede realizar trabajo.

Potencia (P) =

W → Joule (J)

t → segundo (s)

P →  = Watt (w)

La potencia también es igual al producto de la fuerza y su velocidad.

P = Fv

Potencia Media (P_m):

Es el valor promedio de todas potencias que actúan en un tiempo determinado.

P_m = Fv_m

F → fuerza

v_m → velocidad media

Potencia instantánea (P_i):

La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo se aproxima a cero.

Su valor instantáneo depende de la velocidad instantánea.

P_i = Fv_i

UNIDADES DE POTENCIA (SI)

Potencia (P) → watt (w)

Watt (W) → joule (J)

Tiempo → segundos (s)

1 Watt = J/s

Caballo de fuerza (HP)

1 HP = 746w

Caballo de vapor (CV)

1 CV = 735w

Ejemplo 5: Una persona lleva una carga de 100N, tarda 10s al recorrer una pendiente de 30º de inclinación y 20m de longitud. Hallar la potencia que realizo en W.

F = 100N      t = 10s

d =  20m      α = 30º

P =  → P =

P =  

P = 100 Nm/s → P = 100 J/s

P = 100w

EFICIENCIA o RENDIMIENTO MECANICO(n)

Su valor expresa la fracción de la potencia “absorbida o entregada” al cuerpo que es transformada en trabajo útil.

Es un número que va asociado en la estructura de una máquina y que usualmente indica la calidad de la máquina.

n =  =

n =   x100%

El trabajo útil o potencia de salida de una máquina nunca es igual a la de entrada. Estas diferencias se deben en parte a la fricción, al enfriamiento, al desgaste, etc.

DESCARGAR ARCHIVO

DESCARGAR SOLUCIONARIO