Energia, Rendimiento

Trabajo de investigación: Energía, trabajo y Rendimiento

Energía Cinetica

La importancia del concepto de energía surge del principio de conservación de la energía: la energía se puede convertir de una forma a otra pero no puede crearse ni destruirse. Por ejemplo, un horno microondas recibe energía electromagnética para convertirla en energía térmica en los alimentos, aumentando su temperatura, por lo tanto, no hay una pérdida de energía en éste proceso.

Por ello, la energía se relaciona por la capacidad que tiene la materia para realizar cambios, a partir de un estado de referencia. Existen muchos tipos de energía, que están asociados con diferentes propiedades de la materia. Sin embargo, en cinética, se estudia la energía mecánica, es decir, la energía asociada con las propiedades que determinan el movimiento.

la energía cinética, que es la energía asociada con la rapidez de una partícula. Como la energía se define a partir de un estado de referencia, la energía cinética es cero cuando la partícula no tiene rapidez, es decir, está en reposo.

La energía cinética, denotada por K y medida en Joules (J), se define como:

Donde m es la masa de la partícula (Kg) y v es su rapidez (m/s).

El concepto de energía se relaciona con el cambio de un estado. Por ello, en el estudio de la energía a veces interesa saber el cambio de energía. El símbolo ∆ (delta) indica un cambio en la propiedad a la que acompaña.

Suponga que en un estado 1, una partícula tiene una energía cinética K(1), y que en el estado 2 tiene una energía cinética K(2). El cambio de energía cinética de ésta partícula, medido en Joules (J) para los estados 1 y 2 es:

El teorema del trabajo y la energía relaciona éstos

El trabajo efectuado por la fuerza neta sobre una partícula es igual al cambio de energía cinética de la partícula:

W = ∆K = K(2) - K(1) K=energía cinética

Éste teorema facilita muchos cálculos de problemas que involucran éstas propiedades.

Ejemplo. Una bala de 20 g choca contra un banco de fango, como se muestra en la figura, y penetra una distancia de 6 cm antes de detenerse. Calcule la fuerza de frenado F, si la velocidad de entrada fue de 80 m/s.

Se tienen como datos la rapidez inicial y la rapidez final, además de la masa de la bala como la cantidad desplazada mientras se le aplica la fuerza. Por el teorema del trabajo y la energía se puede encontrar el valor de esa fuerza:

La rapidez v(2) es el estado final (0 m/s), y la rapidez v(1) es el estado inicial antes de entrar al banco de fango (80 m/s). La masa de la bala es 20 g = 0.02 Kg. Entonces:

Esto es igual al trabajo neto efectuado por todas las fuerzas. En éste caso, la única fuerza que actúa es la que detiene a la bala (la fricción del fluido viscoso):

W = F*d = ∆K = - 64 J

Con d = 6 cm = 0.06 m:

F = - 64 J / 0.06 m = - 1066.67 N

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