Trabajo energía potencial

1. FÍSICA
RONALD GARCIA AUCCASIO

2. TRABAJO,
ENERGÍA Y
POTENCIA

3. I. TRABAJO:

4. DEFINICIÓN:
 En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza
sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para
desplazar este cuerpo.
 Diremos que el trabajo de una fuerza (W) es una
magnitud escalar cuyo valor es igual al producto entre el
modulo de la fuerza aplicada a un cuerpo y la medida del
desplazamiento que el móvil sufrió en la dirección de la
fuerza mientras se aplicaba.
 El trabajo se mide en joule (en honor al descubridor del
principio de conservación de energía)

5.  Cuando se aplica una fuerza, no es lo mismo hacerlo a lo
largo de un pequeño camino que en un trecho mas
prolongado. Por ejemplo, si debemos arrastrar un carro,
nos cansamos mas si el trayecto es mayor. Este
¨desgaste físico¨ se relaciona con una magnitud
denominada energía que a su vez esta íntimamente
vinculado con otra denominada trabajo.
Cuando una fuerza es aplicada a lo largo de una distancia
se realiza un trabajo por lo tanto se ha consumido una
energía.

6. Trabajo realizado por una fuerza constante.

7. NOTACION:
 Donde F es el módulo de la fuerza, d es el
desplazamiento y α 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.

8. PROPIEDADES DE TRABAJO REALIZADO:
 Resultado de un producto escalar.
 Sin desplazamiento no hay trabajo.
 Las fuerzas perpendiculares al
camino no realizan trabajo.

9. TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA
VARIABLE
Definición geométrica del trabajo

10. TRABAJO COMO INTEGRAL DE LA FUERZA
𝒲 =
𝑥1
𝑥2
𝐹 𝑥 𝑑𝑥

11. TRABAJO EN 3D
 Integral de la fuerza a lo largo de la trayectoria
3D 𝒲 = 𝑟1
𝑟2
𝐹 𝑟 𝑑𝑟

12. EL TRABAJO EN LA TERMODINÁMICA
En el caso de un sistema termodinámico, el trabajo no es
necesariamente de naturaleza puramente mecánica, ya
que la energía intercambiada en las interacciones puede
ser también calorífica, eléctrica, magnética o química, por
lo que no siempre podrá expresarse en la forma de trabajo
mecánico.
No obstante, existe una situación particularmente simple e
importante en la que el trabajo está asociado a los cambios
de volumen que experimenta un sistema.

13. Así, si consideramos un fluido que se encuentra sometido
a una presión externa (Pext) y que evoluciona desde un
estado caracterizado por un volumen (V1) a otro con un
volumen (V2) , el trabajo realizado será:

14. resultando un trabajo positivo, si se trata de una expansión
del sistema dV> 0 y negativo en caso
contrario, de acuerdo con el convenio de signos aceptado
en la Termodinámica. En un proceso cuasiestático y sin
fricción la presión exterior (Pext ) será igual en cada
instante a la presión (P) del fluido, de modo que el trabajo
intercambiado por el sistema en estos procesos se expresa
como:

15. De estas expresiones se infiere que la presión se comporta
como una fuerza generalizada, en tanto que el volumen
actúa como un desplazamiento generalizado; la presión y
el volumen constituyen una pareja de variables
conjugadas.
En el caso que la presión del sistema permanezca
constante durante el proceso, el trabajo viene dado por:

17. II. ENERGÍA

18. DEFINICION:
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
Energía cinética

19. TIPOS DE ENERGÍA:
 Antes de que se reconociera claramente el papel
de las interacciones moleculares y se entendiera la
estructura atómica de la materia, los físicos habían
clasificado la energía en dos grupos: mecánica,
correspondiente ala energía cinética y potencial. Y
el segundo grupo en no mecánica, dividida en
calor, energía química, energía eléctrica, energía
solar, etc.

20. 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).

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

22.  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 cuadrado
(v2).
ENERGIA CINETICA
(Ec)

23. Dato importante:
 Recuerden que esta energía potencial calculada es
eso: “potencial”, está almacenada o latente en el objeto
inmóvil; pero OJO: se convierte en Energía cinética (Ec)
si el objeto (en este caso el libro) cae al suelo (o sea, se
mueve), en ese momento toda la Energía potencial que
calculamos se convierte en Energía cinética (tiene el
mismo valor calculado, en Joules).

24. El viento mueve las aspas que rotan y producen nueva
energía.

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

26. DEFINICIÓN
 La potencia es una magnitud escalar cuyo valor se
obtiene como el cociente entre el trabajo fuerza y el
intervalo de tiempo empleado.
 La energía potencial se divide en:
a) Energía potencial gravitatoria.
b) Energía potencial elástica.

27. A) ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA
 Trabajo realizado por el cambio de posición de un objeto,
en presencia de un campo de fuerza. Consideremos
ahora que se eleva un cuerpo de masa (m) desde la
altura Y1 hasta la altura Y2. la fuerza constante que es
necesario ejercer hacia arriba (para contrarrestar su
peso) es mg. Despreciando la resistencia del aire y
suponiendo que se eleva a velocidad constante (sin
variación de su energía cinética)

28.  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 fórmula debe leerse como: energía potencial (Ep) es
igual al producto de la masa (m) por la constante de
gravedad (g = 9,81 m/s2) y por la altura (h).
 La unidad de medida de la energía es la misma del
trabajo, el Joule.

29.  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.

30. B) ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA
 Es aquella magnitud fisica escalar que no expresa
aquella energia en los cuerpos elasticos cuando se
les deforma parcialmente al estirarse o
comprinmirce longitudinalmente. La energia
potencial elastica depende de la posicion
(deformacion parcial) y la interaccion de las fuerzas
potenciales internas (fuerza de elasticidad) que
dificultan su deformacion.

31. ELEMENTOS:
a) Elongacion (X): es la deformacion de un cuerpo
elastico.
b) Fuerza deformadora(F): fuerza externa aplicada
al resorte.
c) Constante de elastisidad (k): caracterisa su
propiedad elastica del resorte.
𝐸 𝑝𝑒 =
1
2
𝐾𝑋2

32. ENERGIA MECANICA (𝐸 𝑚) :
 Es la suma de la energia cinetica y la energia
potencial.
𝐸 𝑚 = 𝐸𝑐 + 𝐸 𝑝
Graficar:

33. TEOREMA DE TRABAJO Y LA ENERGIA
MECANICA (W).
 La variacion de la energia mecanica es igual al
trabajo desarrollado por las fuerzas no
concervativas.
𝑊 = 𝐸 𝑚 𝑓
− 𝐸 𝑚 𝑖

34. CONCERVACION DE LA ENERGIA MECANICA
 Cuando la fuerza que actuan en un cuerpo son
conservativas, la energia mecanica del cuerpo
permanece constante.
Si W=0 se cumple: 𝑊 = 𝐸 𝑚 𝑓
− 𝐸 𝑚 𝑖
0= 𝐸 𝑚 𝑓
− 𝐸 𝑚 𝑖
𝐸 𝑚 𝑓
= 𝐸 𝑚 𝑖

35. CONCECUENCIA DE LA ENERGIA:
 ¨La energia no se crea ni se destruye, solo se
transforma.

36. POTENCIA
 Es aquella magnitud escalar que nos indica la
rapidez con la que puede realizar trabajo en un
determinado tiempo.
Su unidad se da en watt (J/s)

37. POTENCIA ES LA DIVISIÓN DE TRABAJO POR LA
VARIACIÓN DEL TIEMPO