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DIFERENCIA ENTRE TRABAJO Y ENERGIA

1-Trabajo En el lenguaje ordinario, trabajo y energía tienen un significado distinto al que tienen en física. Por ejemplo cuando una persona sostiene una maleta; lo que estamos realizando es un esfuerzo (esfuerzo muscular, que produce un cansancio), que es distinto del concepto de trabajo. Trabajo: decimos que realizamos un trabajo cuando la fuerza que aplicamos produce un desplazamiento en la direccin de !sta.

Es decir mientras la maleta est! suspendida de la mano (inm"il) no estamos realizando ning#n trabajo.

2-Trabajo 2-Tr abajo hecho por ua u a fuerza cos!a!e En la definicin de trabajo cabe cab e destacar dos factores: 1-"# $esp%aza&#e!o o ha' !rabajo $uando sostenemos una maleta en la mano, no e%iste trabajo porque no &ay desplazamiento 2-E% 2-E% $esp $esp%a %aza za&# &#e e!o !o ha $e pro$ pro$uc# uc#rs rsee e %a $#re $#recc cc#( #(  $e %a fuer fuerza za)) 'odo desplazamie desplazamiento nto perpendicular perpendicular a la direccin de la fuerza no implica implica realizacin realizacin de trabajo. *o$e&os $ef##r &a!e&+!#ca&e!e e% !rabajo co&o e% pro$uc!o $e %a Fuerza ap%#ca$a por e% $esp%aza&#e!o efec!ua$o, s# %a fuerza ' e% $esp%aza&#e!o !#ee %a &#s&a $#recc#( Trabajo . Fuerza / Desp%aza&#e!o

0

.

F

)

/

ay que destacar que F (uerza), es la fuerza e!a, es decir la resultante que act#a sobre el cuerpo, y que en este caso, es una fuerza cos!a!e) "o%a&e!e hace !rabajo %a co&poe!e $e %a fuerza ue co#c#$e co %a $#recc#( $e $esp%aza&#e!o) 34ase e% $#bujo

*i la direccin de la fuerza para mo"er el ba#l forma un cierto +ngulo con la direccin del desplazamiento, solo se apro"ec&a la componente de la fuerza que coincide con la direccin del desplazamiento. En el sistema internacional *, %a u#$a$ utilizada para medir al trabajo es el Ju%#o 5J6, que es definido como el trabajo &ec&o al aplicar una fuerza de - e/ton, para producir un desplazamiento de - metro en la misma direccin de la fuerza. 1 Ju%#o. 1 Ne7!o / 1 &e!ro8 1J.1N91&

E% Trabajo es &+/#&o ' E% !rabajo $eb#$o a ua fuerza es u%o s# E% !rabajo es e;a!#=o s# e% pos#!#=o, s# %a $#recc#( ' %as $#recc#( $e% $esp%aza&#e!o ' $e %a $esp%aza&#e!o ' %a fuerza se!#$o $e %a fuerza fuerza so perpe$#cu%ares !#ee se!#$o co!rar#o 5E% co#c#$e co %os $e% !rabajo hecho por %a fuerza $e $esp%aza&#e!o roza&#e!o es e;a!#=o6

:-Eer;
Cuando un cuerpo tiene energía, trabajo.

tiene capacidad para llevar a término un

El trabajo (W) es la manera de expresar la cantidad de energía que ha pasado de una forma a otra forma o de un lugar a otro. Veamos cómo es esto.

Energía Mecánica,

, suele estar asociada , la mayoría de las veces, con máquinas y movimientos. Esta forma de energía se estudia bajo dos aspectos: energía cinética y energía potencial.

Energía Cinética Supongamos que aplicamos una fuera a un cuerpo de masa m que está en reposo, el cuerpo se acelera, gana velocidad y recorre una cierta distancia, se !ace un trabajo sobre éste, el cual se mani"esta en forma de Energía Cinética

. Si la fuera continua actuando sobre el cuerpo, se !ace también sobre este un trabajo, que se transforma también en energía cinética.

Calculo de Energía Cinética. Ecuaci#n de la energía cinética:

$magina que a un cuerpo en reposo le aplicamos una fuera F, durante un tiempo, t% el cuerpo se desplaa una distancia s. Sabemos que: &uera aplicada ' masa (

aceleraci#n

Como aceleraci#n es:

Entonces

)tendiendo que el movimiento es rectilíneo, el desplaamiento * s+ coincide con el espacio recorrido:

Sustituyendo:

  como:

tenemos entonces que:

-rabajo ' &uera ( desplaamiento

esulta que:   es igual a la ecuaci#n de energía cinética

Decimos entonces que el trabajo lle!ado a t"rmino sobre un cuerpo se ha trasformado en energía cin"tica.

/or lo tanto la Energía Cinética se de"ne como la capacidad para efectuar un trabajo por medio del movimiento y depende de la masa del cuerpo m y de su velocidad, v: 0a energía Cinética se e(presa en unidad de trabajo *1+ 1ulios Energía /otencial  -odos los sistemas almacenan energía que pueden utiliar en cualquier momento para !acer un trabajo.

Seg2n el dibujo anterior, el c!ico tiene energía a causa de su posici#n. )l caer, esta energía se transforma en el trabajo necesario para levantar a la c!ica. Esta energía se denomina energía potencial

.

0a energía potencial es la que tiene un cuerpo en virtud de la posici#n que ocupa

Energía Potencial Gravitatoria El trabajo !ec!o para elevar un cuerpo !asta una cierta altura se puede calcular de la manera siguiente: 3

'

&

(

d

 -rabajo ' peso del cuerpo ( altura

/or tanto, la energía potencial de un cuerpo de masa m, situado a una altura h sobre un nivel de referencia determinado, se denomina energía potencial gravitatoria.

0a energía potencial gravitatoria equivale al trabajo que se !ace para elevar un cuerpo !asta una altura determinada *!+.

4o se puede !ablar del valor absoluto de la energía potencial gravitatoria que tiene un cuerpo situado a una altura determinada, sino 2nicamente de diferencias de energía potencial. 5e manera convencional, y para evitar este inconveniente, se considera la super"cie terrestre como el nivel cero de energía potencial * h = 0+. 0a energía potencial gravitatoria es proporcional a la masa * m+ de un cuerpo cuando este ocupa una posici#n * h+: nada más se modi"ca al variar la altura. En un desplaamiento !oriontal, la energía potencial no cambia, es decir, en un desplaamiento de este tipo, el trabajo llega a término porque la fuera peso es nula.

Energía Potencial Elástica Como ya sabemos, cuando comprimimos o estriamos un muelle, estamos aplicándole una fuera &, y se produce un desplaamiento (.  -enemos una masa, m, unida a un resorte de constante elástica, k , y tomamos como origen de coordenada x, la posici#n de la masa m, en la que el resorte tiene la longitud normal *sin comprimir o alargar+. Estiramos el muelle lentamente en sentido !oriontal !asta la posici#n x.

0os resultados obtenidos se recogen en la grá"ca siguiente:

Fuera !"#

$largamiento !m#

6 7

7.

8

8.

9

9.



.

;bserva que la fuera elástica F= k.x, no es constante, y por consiguiente, no podemos establecer el trabajo !ec!o por esta fuera de la misma manera que determinamos el trabajo ejecutado por la fuera peso, sino que !emos de calcularlo grá"camente.

El trabajo !ec!o por la fuera F no se !a trasformado en energía cinética ni en energía potencial gravitatoria, tampoco !emos tenido en cuenta el roamiento. El 2nico efecto de esta fuera responsable del trabajo !a sido aumentar la energía potencial elástica. 0a Energía Potencial Elástica es la que tiene un cuerpo elástico *un muelle, una goma<+ a causa de su estado de tensi#n . /ara todas las deformaciones que cumplan la ley de =oo>e, la energía potencial elástica almacenada en el cuerpo deformado es proporcional al cuadrado de la deformaci#n.

>- ?a eer;
Principio de conservaci%n de la energía mecánica @n niAo que está en la parte superior de un tobogán, situado a una altura !, de 7 metros sobre el suelo, tiene energía potencial: donde m es la masa m de niAo *7 Bg+

Cuando el niAo llega al suelo, toda su energía potencial se !a transformado en energía cinética% y por lo tanto: ) lo largo del recorrido, la energía potencial se va transformando en energía cinética, es decir, la energía potencial del niAo va disminuyendo al mismo tiempo que aumenta la energía cinética, pero la suma de ambas será siempre 9D 1. Cuando el niAo está a la mitad del tobogán, tiene energía cinética y energía potencial y su suma sigue siendo 9D 1:

/or lo tanto, la energía cinética será: /odemos generaliar el ejemplo anterior de la siguiente manera:

0a suma de la energía cinética y potencial se mantiene siempre constante en cualquier punto:

Esta es la e(presi#n matemática del principio o le& de conservaci%n de la energía mecánica Si no tuviéramos en cuenta el roamiento, podríamos calcular la velocidad con que el niAo llega al "nal del tobogán a partir de la e(presi#n de la energía cinética:

@-?a eer;
0a bola llega !asta el fondo, transformando la energía potencial que tenía en el borde del recipiente en energía cinética% a continuaci#n la bola vuelve a subir !asta el borde opuesto, recuperando así su energía potencial. En el e(perimento anterior *-aa+, la transformaci#n de la energía cinética en potencial se repite pocas veces: "nalmente, la bola se queda parada en el fondo de la taa. En este e(perimento interviene una fuera que no !emos tenido en cuenta, la fuera de roamiento. #ecuerda que el trabajo de la fuer$a de ro$amiento siempre es negati!o . )sí, si !ay fueras de roamiento, la energía mecánica disminuirá, y el trabajo de las fueras de roamiento será igual a la variaci#n de la energía mecánica del sistema. ;bserva las transformaciones de energía que tienen lugar en la pelota

0a pelota se para por la acci#n de las fueras de roamiento. )!ora bien, %se ha perdido energía& 'a respuesta es negativa( se ha perdido capacidad de hacer tra)a*o, pero no energía, ya que esta se !a disipado al medio en forma de calor. Esta es otra manera de transferencia de energía entre los cuerpos.

El principio de conservaci%n de energía podemos enunciarlo de la siguiente manera+ 'a energía ni se crea ni se destru&e, solo se trans-orma( es decir, en todos los procesos ha& intercam)io de energía pero la energía total se mantiene constante. 0a energía puede transformarse de una forma en otra, no obstante, siempre se mantiene constante, como vemos en el ejemplo siguiente:

En todos estos casos, la energía inicial es transformada en otro tipo de energía.