FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 2000

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2 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 000 UNIDAD 4 TABAJO Y ENEGIA TABAJO Es el producto de la fuerza por el desplazamiento en la misma dirección. Sus unidades son Julius en el sistema MKS y Ergios en el sistema CGS. T F X Cos θ Ejemplo: Cuál es el trabajo realizado por una fuerza de 50N aplicada con un ángulo de 45º con la horizontal sobre un bloque el cual se desplaza 7m. Planteamiento: 50N θ 45º X 7m T? Solución: eemplazando en T F X Cos θ Tenemos: T (50N) (7m) (0.707) T Julius POTENCIA Es el trabajo realizado por unidad de tiempo. Sus unidades son: Vatios (w) en honor a James Watt. La fórmula utilizada es: P T t Trabajo Potencia T P. t tiempo 1

3 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 000 Nota. El trabajo se puede dar en vatio segundo o kilovatio hora. Ejemplo: Cuál es la potencia de una máquina que realiza un trabajo de Julius en 0s. Planteamiento: Solución: T J t 0s 1.530J P 0s P? P 76.5 watt P T eemplazando tenemos t ENEGÍA El sol es nuestra principal fuente de energía. El hombre ha podido transformar esta energía en corriente eléctrica la cual es utilizada y transformada en luz y calor entre otros. Por tanto podemos afirmar que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. La materia se transforma en energía y este cambio o transformación de energía es lo que origina un trabajo. El sol según cálculos estadísticos pierde 4 millones de toneladas de materia por segundo. Las unidades de energía son: Julius en el sistema MKS o Ergios en el sistema CGS.

4 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 000 ENEGÍA CINÉTICA Es la energía que posee un cuerpo en movimiento. Se define como 1 del producto de la masa por el cuadrado de la velocidad del cuerpo. M masa V Velocidad E c Energía Cinética mv² E c Ejemplo: Cuál es la energía cinética de un cuerpo de m 10 kg que tiene una velocidad de 5m/s. Solución: mv² E c (10kg)(5m / s)² E c (10kg)(5m² / s²) E c E c 50 Julius E c 15 Julius ENEGÍA POTENCIAL Es aquella energía que posee un cuerpo cuando se encuentra a una determinada altura con respeto a la superficie. Se define además como el producto de la masa por la aceleración gravitacional por la altura a la cual se encuentra el cuerpo. m masa g aceleración gravitacional (9.8m/s²) h altura E p m g h 3

5 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 000 Ejemplo: Un cuerpo de m 40 kg se encuentra a una altura de 15m. Cuál es su energía potencial: E p (40kg) (9.8m/s²) (15m) E p Julius CONSEVACIÓN DE LA ENEGÍA En un sistema conservativo la energía mecánica permanece constante. Energía mecánica Energía cinética + energía potencial E m E c + E p MÁQUINAS SIMPLES Se definen como artefactos que transfieren el valor o la difección de una fuerza originando una ventaja mecánica. Ventaja mecánica Valor de la fuerza que alica la máquina Valor de la fuerza aplicada a la máquina VM F VM Ventaja mecánica esistencia o fuerza aplicada por la máquina Fuerza aplicada por la persona u operario Ejemplo: Cuál es la ventaja mecánica de una máquina simple que al aplicarle una fuerza de 50N origina una fuerza de 00N. Planteamiento: VM? 00N Solución: VM F VM 00N 50N 4

6 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN N VM 4 CLASES DE MÁQUINAS SIMPLES A. PALANCA: Barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo llamado fulcro o punto de apoyo. Ley de las palancas: Se define con la fórmula: Fuerza motriz F esistencia que se desea vencer Distancia del punto de apoyo a la resistencia d Distancia del punto de apoyo al punto donde se aplica la fuerza r F d r r d r d F F d r F d r Ejemplo: Con una barra de 3m de longitud se desea levantar un cuerpo de 15N. Si la distancia entre el punto de apoyo y el punto donde se aplica la fuerza motriz es de 1.9m. Hallar la fuerza motriz necesaria para vencer la resistencia. 5

7 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 000 Planteamiento: 15N d 1.9m r 3m {Como se conoce la longitud de la barra (3m) se le resta d 1.9m}? Solución: Aplicamos la fórmula: r eemplazando tenemos: d 15N 1.1m 1.9m N Clases de palancas 1. Primer género: El punto de apoyo se encuentra entre la fuerza motriz y la resistencia. Ejemplo: Tijeras.. Segundo género: La resistencia se encuentra entre la fuerza motriz (F) y el punto de apoyo. Ejemplo: la carretilla. 6

8 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN Tercer género: La fuerza motriz se encuentra entre el punto de apoyo y la resistencia. Ejemplo: El brazo, pinzas. esistencia Punto de apoyo Fuerza motriz (F) B. TONO: odillo de radio r que gira alrededor de su eje con un manubrio de longitud d fijo al cilindro que lo hace girar. Al enrollar una cuerda al cuerpo del cilindro se cumple que: F d r Ejemplo: Qué resistencia puede vencer una fuerza de 50N en un torno cuyo manubrio mide 50 cm y tiene un radio r 0 cm. Utilizamos la fórmula: F d eemplazando tenemos: r 50N 50cm 0cm

9 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN N C. POLEA: Es una rueda que gira sobre su eje, con una cuerda que se ajusta a su borde acanalado. Para ello se cumple que la fuerza motriz es igual a la resistencia y cambia la dirección de la fuerza. Clases de poleas 1) Polea móvil: Hace que la fuerza motriz se reduzca a la mitad. Ejemplo: Qué fuerza es necesaria para levantar un cuerpo de 150N con a) una polea fija y b) una polea móvil. Solución: a) 150N ya que únicamente cambia la dirección de la fuerza. 150N b) 75N ) Polipastos: Sistemas o aparejos en los cuales hay varias poleas fijas y varias móviles. Con n poleas móviles la fuerza motriz está dada por la fórmula: Ejemplo: Un sistema consta de 3 poleas móviles, qué fuerza será necesaria para vencer una resistencia de 600N. n 8

10 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 000 Planteamiento: 600N Solución: Utilizamos la fórmula: eemplazando tenemos: n 600N n 3 ecuerde que ³ 8 ³? Utilice las fórmulas: 600N 8 75N V m F Vm Ventaja mecánica esistencia Fuerza motriz Poleas Palancas y torno Fija: Móvil: Polipasto: n N Número de poleas móviles r d r d r F d r F d r 9

11 FÍSICA CICLO 5 CAPACITACIÓN 000 ealiza el siguiente Taller TALLE 4 1) Qué fuerza motriz es necesaria para que una palanca de 1m con r 1.5m venza una resistencia equivalente a 185N. ) Elaborar el ejercicio anterior teniendo en cuenta que la longitud de la palanca, r y son respectivamente: a) m ; 0.7m ; 50N b) 1m ; 0.3m ; 80N c) 5m ; m ; 300N 3) Cuál es la ventaja mecánica de a), b) y c) del punto. 4) Un torno tiene un manubrio de longitud 50 cm y si desea vencer una resistencia de 80N con r 0 cm Cuál fuerza motriz necesita? 5) ealizar el ejercicio anterior teniendo en cuenta que d, y r son respectivamente: a) 80cm ; 10N ; 45cm b) 40cm ; 150N ; 10cm c) 30cm ;100N ; 10cm 6) Hallar la ventaja mecánica de los tornos a), b) y c) en el punto 5. 7) Se desea levantar una resistencia de 500N con una polea fija. Qué fuerza se necesita? 8) ealizar el ejercicio anterior teniendo en cuenta que la polea es móvil. 9) Qué fuerza es necesaria para levantar un bloque de 700N con un sistema de 5 poleas. Hallar la ventaja mecánica. 10