Conceptos De Fisica

Concepto en Física: En física, se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza. Esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo. Pero hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones.

T = F. d. Cosα

Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.

Sabemos que en Física se usan muchas unidades dependiendo de los sistemas utilizados. La magnitud Trabajo no es la excepción. Cuando la fuerza se mide en Newton (Sistema MKS) o Internacional, entre otros.

Ej. Calcular el trabajo realizado por dicha fuerza:

T = F. d. Cosα

T = 20 N. 2 Mts. Cos0

T = 40 NM. = 40 J (Joule).

Cuando la distancia se mide en metros y la fuerza en Newton, el trabajo se mide en joule.

Ahora supongamos que en el mismo problema usamos un ángulo distinto de 0.

Por ejemplo 30 grados.

T = 20 N. 2 Mts. Cos30

T = 20 N. 2 Mts. 0.891

T = 35.64 J.

Se puede ver que el valor varía. Y si usáramos 90 grados el trabajo se anularía por completo ya que el coseno de 90 es igual a cero.

La potencia es igual a la derivada del trabajo con respecto al tiempo.

Podemos reescribir la potencia en función de la fuerza sustituyendo en la expresión anterior la definición de trabajo elemental:

En los casos sencillos, el trabajo realizado es proporcional al tiempo, de manera que la potencia instantánea es igual al trabajo dividido por el tiempo, que es la definición de potencia media.

La potencia se mide en watios (W) en el Sistema Internacional, y se tiene:

Con frecuencia se utiliza la unidad del kW (kilowatio), que equivale a 1 000 watios. También es normal usar como unidad de trabajo el kilowatio-hora (kW • h), que se define como el trabajo que desarrollaría una máquina de 1 kW de potencia durante una hora. Por lo tanto, 1 kW • h = 3 600 000 J.

En determinados contextos, como automoción, se utiliza como unidad de potencia el caballo de vapor (CV). Un caballo de vapor es igual a 735,5 W.

Ejemplo:

¿Cuál es la potencia mínima que necesita un coche de 900 kg para poder subir una pendiente de 10° a 100 km/h? Supón que no hay rozamiento.

Solución:

Para que el coche suba a velocidad constante, el motor ha de ejercer una fuerza F paralela a la carretera que compense a la componente del peso del coche en dicha dirección. Así:

La potencia será:

Energía

Se define como energía aquella capacidad que posee un cuerpo (una masa) para realizar trabajo luego de ser sometido a una fuerza; es decir, el trabajo no se puede realizar sin energía. Esta capacidad (la energía) puede estar dada por la posición de un cuerpo o por la velocidad del mismo; es por esto que podemos distinguir dos tipos de energía:

Energía potencial

Es la energía que posee un cuerpo (una masa) cuando se encuentra en posición inmóvil.

Por ejemplo, una lámpara colgada en el techo del comedor puede, si cae, romper la mesa. Mientras cuelga, tiene latente una capacidad de producir trabajo. Tiene energía en potencia, y por eso se le llama energía potencial.

De modo general, esto significa que un cuerpo de masa m colocado a una altura h, tiene una energía potencial calculable con la fórmula

La unidad de medida de la energía es la misma del trabajo, el Joule.

Referido a la energía, un Joule es la cantidad de energía necesaria para levantar un kilogramo masa a una altura de 10 cm de la superficie de la Tierra.

Otra unidad de energía son las calorías. Un Joule equivale a 0,24 calorías.

Si queremos pasar de Joules a calorías tan sólo multiplicaremos la cantidad por 0,24 y en el caso contrario la dividiremos por 0,24 obteniendo Joules.

Ejercicio de práctica:

Un libro de 2 Kg reposa sobre una mesa de 80 cm, medidos desde el piso. Calcule la energía potencial que posee el libro en relación

a) con el piso

b) con el asiento de una silla, situado a 40 cm del suelo

Desarrollo:

Primero, anotemos los datos que poseemos:

m = 2 Kg (masa del libro)

h = 80 cm = 0,8 m (altura a la cual se halla el libro y desde donde “puede caer”)

g = 10 m/s2 (constante de gravedad) ( en realidad es 9,8)

Respecto a la silla:

h = 40 cm = 0,4 m (la diferencia entre la altura de la mesa y aquella de la silla)

Conocemos la fórmula para calcular le energía potencial (Ep):

Entonces, resolvemos:

Caso a)

Respuesta: Respecto al piso (suelo), el libro tiene una energía potencial (Ep) de 16 Joules.

Caso b)

Energía cinética

Es la misma energía potencial que tiene un cuerpo pero que se convierte en cinética cuando el cuerpo se pone en movimiento (se desplaza a cierta velocidad).

Por ejemplo, para clavar un clavo hay que golpearlo con un martillo, pero para hacerlo el martillo debe tener cierta velocidad para impactar con fuerza en el clavo y realizar un trabajo, de esto se trata la energía cinética.

Claramente, debemos notar que aquí se ha incorporado el concepto develocidad.

Entonces, de modo general, un cuerpo de masa m que se mueve con velocidad v, tiene una energía cinética dada por la fórmula

Esta fórmula se lee como: Energía cinética (Ec) es igual a un medio (1/2 = 0,5) de la masa (m) multiplicado por la velocidad del cuerpo al

Ejercicio de práctica:

Un macetero de 0,5 Kg de masa cae desde una ventana (donde estaba en reposo) que se encuentra a una altura

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