TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA

TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA

ENERGIA

El concepto de energía está relacionado con la capacidad de generar movimiento o lograr la transformación de algo. 

Para la física, la energía es una magnitud abstracta que está ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. Se trata de una abstracción que se le asigna al estado de un sistema físico. Debido a diversas propiedades (composición química, masa, temperatura, etc.), todos los cuerpos poseen energía.

Un campo este, el de la física, que nos lleva a determinar que en el mismo se produce la mención a diversos tipos de energía. En concreto, tendremos que hacer frente a dos: la cuántica y la clásica.

Pueden detallarse diversos tipos de energía según el campo de estudio. La energía mecánica, por ejemplo, es la combinación de la energía cinética (que genera a partir del movimiento) y la energía potencial (vinculada a la posición de un cuerpo dentro de un campo de fuerzas).

TRABAJO

Se denomina trabajo cuando una fuerza (que utiliza la medida newton) moviliza un cuerpo y libera la energía potencial del mismo. El hombre o la máquina vence una resistencia, como por ejemplo cuando se levanta una caja. Para medir el trabajo se relaciona la distancia en que se desplaza un cuerpo y la fuerza empleada. La unidad de trabajo es entonces el resultado del producto entre la unidad de fuerza por la de longitud. También hay que tener en cuenta la dirección de la fuerza que puede ser horizontal, vertical u oblicua.

POTENCIA

La potencia es la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de tiempo. Puede asociarse a la velocidad de un cambio de energía dentro de un sistema, o al tiempo que demora la concreción de un trabajo. Por lo tanto, es posible afirmar que la potencia resulta igual a la energía total dividida por el tiempo.

PROBLEMAS

Ejercicio Nº 1

¿Qué requiere más trabajo: subir un bulto de 420 N a una colina de 200 metros de altura, o un bulto de 210 N a una colina de 400 metros de altura? (no consideramos el ángulo de aplicación de la fuerza, que para ambos caso el mismo).

¿Por qué?

Apliquemos la fórmula simple:

T = F •  d  (Trabajo =  fuerza por distancia)

Para el bulto 1 

Para el bulto 2

Respuesta: Requieren el  mismo trabajo, que es igual a fuerza por distancia

Ejercicio 2

Un remolcador ejerce una fuerza paralela y constante de 4.000 N sobre un barco y lo mueve una distancia de 15 m a través del puerto. ¿Qué trabajo realizó el remolcador?

Datos:

F = 4.000 N

d = 15 m

T = x

Fórmula

T = F · d

Entonces

T = 4.000 N x 15 m = 60.000 J

Respuesta:

El remolcador realizó un trabajo equivalente a 60.000 J.

FRICCION

FRICCIÓN

El término fricción deriva de friccionar. Este verbo refiere a frotar, restregar o rozar algo. Se conoce como fuerza de fricción a la que realiza una oposición al desplazamiento de una superficie sobre otra, o a aquélla opuesta al comienzo de un movimiento.
La fricción, como fuerza, se origina por las imperfecciones entre los objetos que mantienen contacto, las cuales pueden ser minúsculas, y generan un ángulo de rozamiento.

La fuerza de fricción también se presupone que es proporcional al coeficiente de fricción. Sin embargo, la cantidad de fuerza que se requiere para mover un objeto desde el reposo, es usualmente mayor que la fuerza requerida para mantenerlo moviéndose a velocidad constante una vez iniciado el movimiento. Por lo tanto a veces se citan dos coeficientes de fricción para un par dado de superficies -un coeficiente de fricción estática y un coeficiente de fricción cinética-. La expresión de la fuerza de arriba, se puede llamar modelo estándar de fricción de superficie y depende de varios supuestos sobre la fricción.

COEFICIENTE DE FRICCION

La fricción se caracteriza típicamente por un coeficiente de fricción, que es la razón entre la fuerza de resistencia a la fricción, y la fuerza normal que presiona juntas las superficies. En este caso la fuerza normal es el peso del bloque.

FUERZA NORMAL

Las fuerzas de resistencias de fricción son tipicamente proporcional a la fuerza que presiona juntas las superficies. Esta fuerza, que afectará a la resistencia de fricción es la componente de la fuerza aplicada que actúa en forma perpendicular o "normal" a las superficies que están en contacto, y se le llama típicamente como la fuerza normal. En muchas situaciones, la fuerza normal es justo el peso del objeto que está apoyado sobre alguna superficie.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA FUERZA DE FRICCIÓN

VENTAJAS

• Permite el desplazamiento de objetos o cuerpos. Sin esta fuerza no podríamos caminar. 
• Permite fijar o mantener objetos o cuerpos. Por ejemplo una caja.
• Permite frenar a un cuerpo. Sin esta fuerza un objeto lanzado o un carro no pararían al menos que fueran frenados por otro cuerpo

DESVENTAJAS

• Son fuerzas no conservativas para ciertos casos. 
• Como consecuencia del punto anterior, en unos sistemas. gastan energía, envés de conservarla. 
• Te pueden lastimar. La lija por ejemplo. 
• Producen desvíos de proyectiles.
• Reduce eficacia de cualquier tipo de motor o mecanismo.

PROBLEMAS

CONDICIONES DE EQUILIBRIO

CONDICIONES DE EQUILIBRIO

El equilibrio refiere a un estado de estabilidad, o de balanceo/compensación entre los atributos o características de dos cuerpos o de dos situaciones.

En mecánica, se consigue el equilibrio en un cuerpo cuando todas las fuerzas que se aplican sobre él se anulan en el mismo momento. Pensemos que nosotros estamos manejando un auto, el sistema mecánico de éste responde con movimiento según nuestras “indicaciones”. Cuando se apaga el motor del auto, por “indicación nuestra”, todas las fuerzas quedan anuladas, y el auto (cuerpo) en equilibrio.

PRIMERA CONDICIÓN

Diremos que un cuerpo se encuentra en equilibrio de traslación cuando la fuerza resultante de todas las fuerzas que actúan sobre él es nula: ∑ F = 0.

Desde el punto de vista matemático, en el caso de fuerzas coplanarias, se tiene que cumplir que la suma aritmética de las fuerzas o de sus componentes que están el la dirección positiva del eje X sea igual a las componentes de las que están en la dirección negativa

SEGUNDA CONDICIÓN 

Por otro lado, diremos que un cuerpo está en equilibrio de rotación cuando la suma de todas las fuerzas que se ejercen en él respecto a cualquier punto es nula. O dicho de otro modo, cuando la suma de los momentos de torsión es cero.

En este caso, desde el punto de vista matemático, y en el caso anterior en el que las fuerzas son coplanarias; se tiene que cumplir que la suma de los momentos o fuerzas asociados a las rotaciones anti horarias (en el sentido contrario de las agujas del reloj), tiene que ser igual a la suma aritmética de los momentos o fuerzas que están asociados a las rotaciones horarias (en el sentido de las agujas del reloj).

LEYES DE NEWTON

LAS LEYES DE NEWTON

PRIMERA LEY

La primera ley de Newton, establece que un objeto permanecerá en reposo o con movimiento uniforme rectilíneo al menos que sobre él actúe una fuerza externa. Puede verse como un enunciado de la ley de inercia, en que los objetos permanecerán en su estado de movimiento cuando no actuan fuerzas externas sobre el mismo para cambiar su movimiento.

SEGUNDA LEY

La segunda ley de Newton, establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

De esta forma podemos relacionar la fuerza y la masa de un objeto con el siguiente enunciado:

TERCERA LEY

Siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primero. Con frecuencia se enuncia como "A cada acción siempre se opone una reacción igual". En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción, cuya magnitud es igual y sus direcciones son opuestas. Las fuerzas se dan en pares, lo que significa que el par de fuerzas de acción y reacción forman una interacción entre dos objetos.