trabajo. (en Joules, el trabajo es sólo la energía que se transfiere)

Transcripción

1 Trabajo: Ecuaciones clave ; El trabajo es igual a la distancia de un objeto que se mueve, multiplicado por el componente de la fuerza en la dirección en la que el objeto se está moviendo. trabajo. (en Joules, el trabajo es sólo la energía que se transfiere) Marco Teórico Cuando un objeto se mueve en la dirección de una fuerza aplicada, decimos que la fuerza actúa sobre el objeto. Tenga en cuenta que la fuerza puede estar disminuyendo el objeto hacia abajo, acelerándolo ó conservando su velocidad. En todos los casos, el trabajo neto hecho viene dado por la siguiente fórmula: En otras palabras, si un objeto ha recorrido una distancia la fuerza debajo de, el trabajo realizado sobre el mismo será igual a multiplicado por el componente de a lo largo de la trayectoria del objeto. Consideremos el siguiente ejemplo de un bloque que se mueve horizontalmente con una fuerza aplicada en un ángulo: Aquí el trabajo neto realizado sobre el objeto por la fuerza será.

2 Ejemplo 1 Una pelota de 1 kg se ha unido a una cadena de 2m y se encuentra en reposo sobre una superficie sin fricción. Si se ejerce una fuerza constante de 10 N sobre la cuerda y se empuja la pelota a lo largo de 5 metros y luego, después de 3 vueltas, la pelota empieza a rotar en círculos, cuál es la cantidad total de trabajo que se ha hecho en la pelota? Solución Puesto que la fuerza centrípeta que se ejerce sobre la pelota para hacerla rotar es perpendicular a la trayectoria de la pelota, no se ejerce un trabajo sobre la pelota, ya que se hace girar en círculos. Por lo tanto, el único trabajo que se hace sobre la pelota es cuando se empuja en línea recta. Ejemplo 2 Un bloque de 5 kg de masa se desliza por una rampa inclinada en 45 grados. Si el coeficiente de fricción cinética entre la rampa y el bloque es de 0,3, cuánto sería el trabajo que la fuerza de fricción realiza sobre el bloque mientras se desliza 3m. hasta la parte inferior de la rampa. Solución Con el fin de encontrar el trabajo realizado por la fricción, lo primero que queremos saber es la magnitud de la fuerza de fricción. Ahora que tenemos la magnitud de la fuerza de fricción, podemos realizar la ecuación para el trabajo.

3 Ejercicios 1. Te deslizas por una colina en la parte superior de un bloque de hielo grande como se muestra en el diagrama. Su velocidad en la parte superior de la colina es cero. El coeficiente de fricción cinética en la diapositiva de la parte de abajo de la colina es cero. El coeficiente de fricción cinética del nivel justo por debajo de la colina es. a. Cuál es su velocidad justo al llegar a la parte inferior de la colina? b. Hasta dónde puede deslizarse antes de llegar a una parada? 2. Marciel se encuentra en reposo en su patín (masa total ) hasta que atrapa una pelota que viaja con una velocidad de. El béisbol tiene una masa de. Qué porcentaje de la energía cinética inicial se transfiere en calor, sonido, deformación del béisbol, y otras formas no mecánicas cuando se produce el impacto?

4 3. En la investigación de un accidente de tráfico, se determina que un coche en movimiento rápido (masa ) golpeó y detuvo a un segundo coche (masa ), que estaba inicialmente en reposo. Los dos coches se deslizaron a una distancia de sobre el pavimento en mal estado, con un coeficiente de fricción de antes de llegar a su fin. Cuál fue la velocidad del primer coche? Estaba el conductor manejando por encima de los del límite de velocidad permitido? 4. Se aplica una fuerza en la dirección de movimiento de un carro de 15.0 kg, en una superficie sin fricción. El movimiento es a lo largo de una línea recta y cuando, a continuación, y. (El desplazamiento y la velocidad del carro son inicialmente cero.) Busque en el siguiente gráfico:

5 5. a. Cuál es el cambio en los primeros 5 sg? b. Cuál es el cambio de velocidad durante los primeros segundos? c. Cuál es la aceleración en los seg? d. Cuál es el trabajo total realizado en el carro por la fuerza en segundo? e. Cuál es el desplazamiento después de segundos? 6. Se aplica una fuerza en la dirección de movimiento de un carro de 4 kg. en una superficie sin fricción. El movimiento es a lo largo de una línea recta y cuando y. observe el siguiente gráfico: a. Cuál es la aceleración del carro cuando el desplazamiento es de? b. Qué trabajo se hizo en el carro y entre? c. Cuál es el trabajo total realizado en el carro intermedio?

6 d. Cuál es la velocidad del carro en? e. Cuál es el impulso dado con el carro por la fuerza de? f. Cuál es la velocidad a la? g. Cuánto tiempo transcurrió desde que el carro estaba en y llegó a? Respuestas 1. a. b. 2. % 3.

7 Definición de la Energía La energía se define en la ciencia como la capacidad de mover la materia ó, en la forma en que la materia cambia de alguna otra manera. La energía también se puede definir como la capacidad para hacer el trabajo, lo que significa el uso de la fuerza para mover un objeto sobre una distancia. Cuando se hace el trabajo, la energía se transfiere de un objeto a otro. Por ejemplo, cuando el chico en la siguiente figura utiliza la fuerza para mover la raqueta, se transfiere parte de su energía a la raqueta. Q: Se necesita energía para jugar tenis. De dónde proviene la energía del niño? R: La energía proviene de los alimentos que come. Unidad SI para la Energía Dado que la energía es la capacidad para hacer el trabajo, se expresa en la misma unidad que se utiliza para el trabajo. La unidad SI tanto para el trabajo y la energía es el julio (J), o Newton metro (N m). Un julio es la cantidad de energía necesaria para aplicar una fuerza de 1 Newton sobre una distancia de 1 metro. Por ejemplo, supongamos que el chico de la figura anterior aplica 20 Newtons de fuerza a su raqueta de tenis a una distancia de 1 metro. La energía necesaria para hacer este trabajo es de 20 N m, o 20 J. La energía tiene muchas formas Si usted piensa acerca de las diferentes fuentes de energía, tales como baterías y el sol, probablemente se da cuenta de que la energía puede tomar diferentes formas. Por ejemplo, cuando el niño mueve su raqueta de tenis, la energía de la raqueta en movimiento es un ejemplo de la energía mecánica. Para mover su raqueta, el niño

8 necesita energía almacenada en los alimentos, que es un ejemplo de energía química. Otras formas de energía incluyen eléctrica, térmica, la luz y la energía del sonido. Las diferentes formas de energía también se pueden clasificar como energía cinética o energía potencial. La energía cinética es la energía de la materia en movimiento. La energía potencial es la energía que se almacena en la materia. Q: Es la energía química en la energía cinética de los alimentos o en la energía potencial? R: La energía química en los alimentos es la energía potencial. Se almacena en los enlaces químicos que forman las moléculas de los alimentos. La energía almacenada se libera cuando digerimos la comida. Entonces la podemos utilizar para muchos propósitos, tales como movimiento (energía mecánica) o mantener el calor (energía térmica). Q: Cuál es un ejemplo de la energía cinética? R: Todo lo que se mueve tiene energía cinética. Un ejemplo es una raqueta de tenis en movimiento. Resumen 7. La energía se define en la ciencia como la capacidad de mover la materia o la forma en que la materia cambia de alguna otra manera. La energía también puede definirse como la capacidad de hacer el trabajo. 8. La unidad SI de energía, así como el trabajo es el julio (J), o Newton metro (N m). 9. La energía existe en diferentes formas, tales como la energía mecánica y la energía química. La mayoría de las formas de energía también se pueden clasificar como energía cinética o energía potencial. 10. Palabras Claves 4. energía : Habilidad para producir cambios en la materia, o la capacidad para hacer el trabajo.

9 POTENCIA Qué es la potencia? La potencia es una medida de la cantidad de trabajo que se puede hacer en una cantidad de tiempo dado. La potencia puede ser representada por la siguiente ecuación: En esta ecuación, el trabajo se mide en julios (J) y el tiempo se mide en segundos (s), por lo que la energía se expresa en julios por segundo (J / s). Esta es la unidad SI para la energía, también conocida como vatio (W). Un vatio es igual a 1 joule de trabajo por segundo. Usted probablemente ya está familiarizado con vatios. Las bombillas y pequeños electrodomésticos como los hornos de microondas están etiquetados con los vatios de potencia que proporcionan. Por ejemplo, el paquete de unas bombillas en la siguiente figura en dónde se etiqueta "14 watts". Q : Suponga que tiene dos bombillas del mismo tipo, dos bombillas fluorescentes compactas, como los de la foto en la figura anterior. Si una bombilla tiene 25 vatios y la otra tiene 60 vatios, cuál bombilla produce una luz más brillante?. R : La bombilla de 60 vatios es más potente, por lo que produce una luz más brillante.

10 En comparación con un dispositivo menos potente, un dispositivo más potente puede o bien hacer más trabajo en el mismo tiempo o hacer el mismo trabajo en menos tiempo. Por ejemplo, en comparación con un horno de microondas de baja potencia, un horno de microondas de alta potencia puede cocinar más comida en el mismo tiempo o la misma cantidad de alimento en menos tiempo. Cálculo de potencia de trabajo y el tiempo El poder puede ser calculado utilizando la fórmula anterior, si la cantidad de trabajo y el tiempo son conocidos. Por ejemplo, supongamos que un horno de microondas hace julios de trabajo en 30 segundos. Entonces la potencia del horno de microondas es: Q : Otro horno de microondas hace joules de trabajo en 5 segundos. Cuál es su potencia? R : La potencia del otro horno de microondas es: Q : Qué horno de microondas calienta la misma cantidad de alimentos en menos tiempo? A : El horno de microondas de 1000 vatios tiene más potencia, por lo que va a calentar la misma cantidad de alimentos en menos tiempo. Cálculo de Trabajo de Potencia y Tiempo También puede calcular el trabajo si usted sabe la potencia y el tiempo con la misma ecuación de potencia anterior: Trabajo = Potencia x Tiempo Por ejemplo, si utiliza un horno de microondas de 1000 vatios durante 20 segundos, cuál es la cantidad de trabajo que hace? En primer lugar se debe expresar 1,000 watts en J / s y luego sustituir este valor por el poder de la ecuación del trabajo: Trabajo = 1000 J / s 20 s = J

11 Caballo de fuerza A veces el poder se mide en una unidad llamada caballo de fuerza. Por ejemplo, el poder de los motores de los carros, por lo general, se expresan en caballos de fuerza. Un caballo de fuerza es la cantidad de trabajo que un caballo puede hacer en 1 minuto la cuál es igual a 745 vatios de potencia. Comparar los caballos de fuerza en las siguientes figuras. Este equipo de tres caballos ofrece 3 caballos de fuerza del poder. Este tractor grande ofrece 180 caballos de fuerza del poder. Q : Si el equipo de los caballos y el tractor hacen la misma cantidad de trabajo arando un campo, quién puede hacer el trabajo más rápido?

12 A : El tractor hacer el trabajo más rápido, ya que tiene más poder. De hecho, debido a que el tractor tiene 30 veces la potencia del equipo de seis caballos, lo ideal es que se haga el mismo trabajo 30 veces más rápido! Resumen 11. La potencia es una medida de la cantidad de trabajo que se puede hacer en una cantidad de tiempo dado. Potencia es igual trabajo (J), dividido por el tiempo (s). 12. La unidad del SI para la energía es el vatio (W), que es igual a 1 joule de trabajo por segundo (J / s). 13. La energía se puede calcular a partir del trabajo y el tiempo usando la misma ecuación:. 14. El poder puede ser medido en una unidad llamada los caballos de fuerza. Un caballo de fuerza es la cantidad de trabajo que un caballo puede hacer en 1 minuto, lo que equivale a 745 vatios de potencia. 15. Palabras Claves 5. potencia : Medida de la cantidad de trabajo que se puede hacer en una cantidad de tiempo dado. 6. watt (W) : unidad SI para el trabajo, igual a 1 joule de trabajo por segundo. Revisión 1. Qué es la potencia? Cuál es la unidad del SI para la potencia? 2. Cuánta potencia tiene una tostadora si hace julios de trabajo en 30 segundos? 3. Cuánto trabajo se puede hacer en 30 segundos por un horno de microondas de 1000 vatios? La mamá de Lamar tiene un coche con un motor de 182 caballos de fuerza. Cuántos vatios de potencia es eso?