Escuela Superior Politécnica De Chimborazo
Facultad: Facultad de Ciencias Escuela: Ingeniería Química Realizado por: Bryan Yuquilema Código: 983653 Nivel: Segundo “1”
Tema: Trabajo, Potencia y Energía
INTRODUCCIÓN En este trabajo se va a tratar todo lo referente a trabajo, potencia y energía, es decir se dará los conceptos de cada uno de estos términos para su mejor entendimiento, además de proporcionar diversos ejemplos. Finalmente conoceremos un experimento en el cual se aplique el trabajo, la potencia y la energía. TRABAJO Decimos que realizamos un trabajo cuando la fuerza que aplicamos produce un desplazamiento en la dirección de esta. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.
Ergio: es el trabajo efectuado por la fuerza de una DINA, cuando el punto material a que se le aplica, se desplaza un centímetro. Joule: es el trabajo efectuado por la fuerza de un Newton, cuando el punto material al que se le aplica, se desplaza un metro.
Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al miso, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento. W= F*d POTENCIA Potencia es una magnitud directamente proporcional al trabajo, e inversamente proporcional al tiempo correspondiente. La potencia de un mecanismo es un concepto muy importante pues en un motor, por ejemplo lo que interesa no es la cantidad total de trabajo que puede hacer hasta que se descomponga sino la rapidez con la que pueda entregar el trabajo ósea el trabajo que puede hacer en cada unidad de tiempo, que es precisamente la potencia. La potencia es la relación entre el trabajo que realiza un cuerpo y el tiempo que se demora en hacerlo. P= W/t
La unidad de la potencia en el SI es el Vatio (W), que se define como la potencia necesaria para hacer un trabajo de un joule en un segundo.
1W = 11sJ ENERGÍA Se entiende por energía la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Como consecuencia de este concepto la energía de un cuerpo o sistema se mide por el trabajo que el cuerpo o sistema realice. La energía que es una puede presentarse bajo diferentes formas como: energía química, luminosa, sonora, mecánica, radiante, nuclear, etc. Representa a todo lo que es trabajo, o que puede convertirse en trabajo. Un cuerpo, o un sistema de cuerpos posee energía cuando es capaz de desarrollar algún trabajo. La Energía Mecánica, Em, 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 Llamamos energía cinética a la energía que posee un cuerpo por el hecho de moverse. La energía cinética de un cuerpo depende de su masa y de su velocidad según la relación: Ec= ½ m v2 Energía Potencial La energía potencial gravitatoria es debida a la capacidad que tienen los objetos de caer. Tienen su origen en la existencia del campo gravitatorio terrestre. Su magnitud es directamente proporcional a la altura en la que se encuentra el objeto, respecto de un origen que colocamos al nivel de la superficie terrestre, y a la masa del objeto, su expresión es: Ep= m*g*h En un desplazamiento horizontal, la energía potencial no cambia, es decir, en un desplazamiento de este tipo, el trabajo llega a término porque la fuerza peso es nula. Energía Potencial Elástica Es la que tiene un cuerpo elástico a causa de su estado de tensión. Para todas las deformaciones que cumpla la ley de Hooke, la energía potencial elástica almacenada en el cuerpo deformado es proporcional al cuadrado de la deformación. Epe= ½*k*x2
Debes tomar en cuenta que la Energía nunca se destruye, la energía se transforma en otros tipos de energía, cumpliendo así la ley de conservación de la energía.
Ec= ½ mV2 Ep= m*g*h Epe= ½ kx2
Principio de conservación de la energía mecánica La suma de la energía cinética y potencial se mantiene siempre constante en cualquier punto: Ec+Ep=Constante Esta es la expresión matemática del principio o ley de conservación de la energía mecánica. El principio de conservación de energía podemos enunciarlo de la siguiente manera: La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma; es decir, en todos los procesos hay intercambio de energía pero la energía total se mantiene constante. EJEMPLOS
Trabajo: El baúl de la figura es arrastrado en una distancia horizontal de 24 m por una cuerda que forma un ángulo de 60º con el piso. Si la tensión en la cuerda es de 8 N, ¿Cuál es el trabajo realizado por la cuerda?
F = (8N)cos60 W = F∗ d W = [(8N) cos60) ∗ (24m)] W = 96J
Potencia:
Calcule la potencia que requiere un automóvil de 1.200 kg para las siguientes situaciones: a) El automóvil sube una pendiente de 8°º a una velocidad constante de 12 m/s. b) El automóvil acelera de 14 m/s a 18 m/s en 10 s para adelantar otro vehículo, en una carretera horizontal. Suponga que la fuerza de roce o fuerza de retardo es constante e igual a Fr = 500 N.
a)
Energía potencial:
F = Fr+ mgsen ∝ F = 500N + 1200kg ∗ 9,s8m ∗sen8 F = 2137N P=F∗v P = 2137N ∗ 12m s P = 25644 watts b) F − Fr = ma F = 1200kg ∗ 0,s4m + 500N F = 980N P=F∗v P = 980N ∗ 19m s P = 17640 watts
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 a)
Ep = m ∗g ∗h
Ep = 2kg ∗ 10m s ∗0,8m Ep = 16J b)
Ep = 2kg ∗ 10m s ∗0,4m Ep = 8J
Energía cinética: Un macetero de 0,5 Kg de masa cae desde una ventana (donde estaba en reposo) que se encuentra a una altura de 4 metros sobre el suelo. Determine con qué velocidad choca en el suelo si cae.
EXPERIMENTOS
Ep = m ∗g ∗h Ep = 0,5kg ∗ 10m s ∗ 4m Ep = 20J Ep = Ec = 20J Ec = 12 ∗ mv 20J = 12 ∗ 05kg ∗v v = 0,20J25 v = 80 sm v = √ 80 sm v = 8,9 ms
POTENCIA
Materiales: Un kg de arroz o de cualquier otro producto.
Un reloj con cronometro. Una cinta métrica y unas escaleras (para subir de la planta baja al primer piso. Procedimiento: Con la cinta métrica medimos la distancia que había entre el suelo del primer piso. Registramos el tiempo en el que subimos el arroz al primer piso. Después tuvimos que calcular la potencia empleada al subir la bolsa de arroz.
TRABAJO Y ENERGÍA
Materiales: Una lata Dos tornillos Una liga Una tuerca Procedimiento: Primero realizamos un hueco a cada extremo central de la lata luego amarramos la tuerca a una liga. Después de amarrar la liga a la tuerca pasamos los extremos de las ligas por los agujeros que realizamos en la lata al sacarlos amarramos las liga a los tornillos. Esta lata deberá avanzar y por acción de la tuerca que tiene en su interior deberá avanzar y al bajar su velocidad deberá regresar. CONCLUSIÓN: En conclusión se puede decir que al aplicar una fuerza a un cuerpo este reacciona, sin embargo cuando aplicamos esa fuerza al cuerpo realizaos un trabajo, y al reaccionar el cuerpo da lugar a una energía mecánica, y esto relacionado con el tiempo en el que fue elaborado, obtenemos la potencia.
BIBLIOGRAFÍA Flood M y Spurgeon R., Energía y Potencia, LUMEN (2004). Tippens P. E., Física, conceptos y aplicaciones, México, 2a edición, Mc. Graw-Hill Interamericana. Stollberg R. y Hill F., Física, fundamentos y fronteras, México, Publicaciones Cultural. Resnick R., Holliday D., Física vol. 4, CECSA, (1993). Alonso M y Finn E Física Vol I Mecánica Edit. Addison- Wesley Iberoamericana (1970). http://fisicatrabajoypotencia.blogspot.com/2012/06/ejemplos-de-potencia-y-trabajo.html http://fisicaparatodoz.blogspot.com/2011/01/experimento-potencia.html http://es.slideshare.net/3ciencias/trabajo-potencia-y-energia-7022206
