Tema 7. Energía y trabajo.

TEMA 7. ENERGÍA Y TRABAJO

Objetivos fundamentales

-       Definir energía. Conocer algunas de las formas en que se presenta.

-       Definir energía cinética. Hallar la energía cinética de un cuerpo.

-       Definir energía potencial. Memorizar y aplicar la expresión de la energía potencial gravitatoria.

-       Definir energía mecánica, enunciar el teorema de conservación y aplicar en ejercicios.

-       Definir trabajo. Resolver ejercicios de cálculo del trabajo.

Concepto de energía

            Energía es todo aquello que proporciona a un cuerpo la capacidad de producir acciones sobre los cuerpos que le rodean.

            Según la causa de esta capacidad se habla de diferentes tipos de enrgía: química, eléctrica, eólica, solar, nuclear…

Energía cinética

            Es la energía que tiene un cuerpo debido a su movimiento.

            E_C = ½ · m · v²            >            kg · m²/s² = Julio (J)

Energía potencial gravitatoria

            Esta es la energía que tiene un cuerpo debido a su posición cuando está sometido a la acción de determinadas fuerzas. Ej: El peso, entre cargas eléctricas, un muelle… Se llaman fuerzas conservativas.

            E_P = m · g · h > Julios

Energía mecánica

            La suma de las energía cinética y potencial de un cuerpo.

            E = E_C + E_P = ½ · m · v² + m · g · h

           

            El teorema de conservación de la energía mecánica: La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando la única fuerza que afecta a su movimiento es el peso.

Trabajo de una fuerza

            El trabajo es la magnitud física que mide la cantidad de energía que se comunica a un cuerpo mediante la acción de una fuerza.

            Se defina trabajo como el producto del módulo de la fuerza por el espacio que recorre el cuerpo bajo su acción y por el coseno del ángulo que forma la fuerza con la dirección del desplazamiento.

            W = F · e · cos ß

            Características del trabajo:

-       Para que haya trabajo es necesario que el cuerpo se desplace (e = 0 > W = 0)

-       Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es nulo.

-       Si la fuerza forma con el desplazamiento un ángulo menor de 90^o, el trabajo que realiza es positivo. En cambio, si el ángulo es mayor de 90^o, el trabajo es negativo.

Trabajo y energía cinética

            El trabajo que realiza las fuerzas que actúan sobre un cuerpo modifican su energía cinética, en concreto el trabajo total es igual al incremento de energía cinética (Teorema de las fuerzas vivas)

            W_TOT = ∆E_C = E_Cf - E_Ci

Trabajo y energía potencial

            Las fuerzas que como el peso tienen asociadas una energía potencial, se llaman fuerzas conservativas. El valor de la energía potencial es igual al trabajo que realiza la fuerza conservativa cuando el cuerpo se desplaza hasta la posición donde tomamos la energía potencial igual a cero.

            W_P = p · e · cos 0 = m · g · h

            El trabajo que realiza una fuerza conservativa puede hablarse a partir de la energía potencial y se cumple:

            W (A > B) = E_P (A) – E_P (B)

                  ⤷Fuerza consevativa

Potencia

            Es la magnitud que mide la rapidez con que se realiza un trabajo. Se define potencia media como el cociente del trabajo realizado entre tiempo que se emplea en realizarlo.

                                    P = W/∆t   >    w (watio)