Matriz De Compromiso

TALLER DE FÍSICA # 2

NUCLEO PROBLEMICO 2:

¿En qué consiste el principio fundamental de la conservación de la energía?

TRABAJO

En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo.1 El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joule (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía,2 nunca se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW.

Matemáticamente se expresa como:

Donde f es el módulo de la fuerza, es el desplazamiento y es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento (véase dibujo).

Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.

Potencia

En física, potencia (símbolo P)1 es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

Si ΔW es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:

La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo Δt se aproxima a cero.

ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL

La energía cinética, es la parte de la energía mecánica de un cuerpo y corresponde al trabajo o las transformaciones que un cuerpo puede producir, debido a su movimiento, es decir, todos los cuerpos en movimiento tienen energía cinética, cuando está en reposo, no tiene energía cinética.

Esta capacidad de realizar cambios, que poseen los cuerpos en movimientos, se debe fundamentalmente, a dos factores: la masa del cuerpo y su velocidad. Un cuerpo que posee una gran masa, podrá producir grandes efectos y transformaciones debido a su movimiento.

Un ejemplo de la aplicación de esta energía es el que se usaba en la Edad Media, cuando los atacantes de un castillo empujaban las puertas con un pesado ariete: un troco grande y pesado, reforzado con hierro o bronce.

También la velocidad del cuerpo es determinante para su energía cinética. Este efecto puede observarse cuando una bala, de apenas unos gramos, puede penetrar en gruesos troncos, al ser disparada a gran velocidad con un fusil.

Una pelota en lo alto de una cuesta, por ejemplo tiene energía potencial, pero mientras rueda hacia abajo la va perdiendo. Las energías eléctricas, químicas y nucleares son formas de energía potencial. Un objeto pesado a alta velocidad tiene energía cinética que disminuye cuando rueda hacia abajo.

La energía potencial se almacena en los cuerpos en reposo capaces de moverse.

En la determinación de la energía cinética, sólo se toma en cuenta la masa y la velocidad de un objeto, sin importar como se originó el movimiento; en cambio, la energía potencial depende del tipo de fuerza que se aplique a un objeto. Por tal razón existen diferentes tipos de energía potencial.

El estudio de todos los aspectos con que un sistema químico se acerca a una condición de equilibrio, es lo que se define como cinética-química.

En química la teoría cinética explica el comportamiento de la materia en sus tres estados: sólidos, líquido y gaseoso. El estado de un cuerpo está determinado por la cantidad de energía cinética de sus átomos y moléculas (pequeñas partículas que forman la materia).

Los cambios de estado se producen cuando varía la cantidad de energía. Los átomos de un gas tienen más energía que los de un líquido, y los de éste más que los de un sólido. La temperatura, la presión y el volumen que ocupa un gas dependen de la energía cinética de sus moléculas.

Unidades de medidas:

Por tratarse de una energía, y como es de suponer, la energía cinética se mide en las mismas unidades que la energía mecánica: el joule, el erg y el kilowatt-hora.

A modo de ejemplo, podemos señalar que un cuerpo de 2 kilogramos de masa, que se mueva con una rapidez de 1 m/s, tiene una energía cinética de 1 joule.

Definición operacional:

Operacionalmente, la forma de determinar la energía cinética de un cuerpo consiste en multiplicar la mitad de su masa por el cuadrado de su velocidad. El cuadrado de la velocidad del cuerpo, es la velocidad multiplicada por sí misma.

Es decir: Ec= ½(m*v2)

Ec: Energía cinética

m: masa

v: velocidad

v2: velocidad al cuadrado

Ejemplos de

Energía cinética:

EXPERIMENTO

Materiales:

1 lápiz

30 cms. de cable delgado

1 pila AAA

1 motor con aguja

1 base de motor

1 tazo

1 interruptor

cinta aislante

un pedazo de acrílico

Desarrollo:

Cortamos los cables en tres partes y se pelaron los extremos de cada uno, enrollándolos.

Con el lápiz se hizo un orificio al tazo, el cual se colocó en la aguja del motor.

Se enroscó el cable 1 a la patita del motor y la otra parte de este cable al interruptor, se mandó a pegar con soldadura.

Se enrosco el cable 2 a la otra patita del motor y se pegó a la pila.

Se pegó el cable 3 al interruptor y el otro extremo se unió a la pila.

Se pegó todo con silicona al pedazo de acrílico.

Desarrollo:

Al mover el interruptor entra en acción el motor, haciendo girar él tazo y poniéndose en movimiento el acrílico.Una fuerza es conservativa cuando el trabajo que realiza en un camino cerrado es cero. Por ejemplo si levantas un paquete de 1 kgf de azúcar hasta una altura de un metro la fuerza peso, que es la fuerza resistente, hace un trabajo de -1 kgf.m.

Si ahora lo bajas nuevamente a la posición inicial la fuerza peso será fuerza motriz y producirá un trabajo igual a +1 kgf.m.

Finalmente si los sumas el resultado final será cero, por eso es una fuerza conservativa.

Fuerza conservativa

Otra definición, una fuerza es conservativa si el trabajo que realiza para ir desde un punto a otro no depende del camino, solo depende de las posiciones inicial y final. Por ejemplo, si subes al cuarto piso la fuerza peso de tu cuerpo realiza un trabajo que será igual a - peso * altura, si lo haces por la escalera o por el ascensor el trabajo será el mismo porque solo depende de la altura.

Sospecho que para tu nivel la única fuerza conservativa que usarás será la fuerza peso.

También

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