Unidad IV Trabajo

UNIDAD IV. 4.1 TRABAJO: TRABAJO: Es una cantidad escalar igual al producto de la magnitud del desplazamiento y la componente de la fuerza en dirección del desplazamiento. Se deben de cumplir tres requisitos: 1.- Debe haber una fuerza aplicada 2.-La fuerza debe ser aplicada a través de cierta distancia (desplazamiento) 3.-La fuerza debe tener una componente a lo largo del desplazamiento.

Figura 1: El trabajo realizado por una fuerza F provoca un desplazamiento s. Trabajo = fuerza X desplazamiento. T=Fxs La magnitud del trabajo puede expresarse en términos del ángulo θ formado entre F y s. Trabajo = (F cos θ)( s)

La fuerza que realiza el trabajo está dirigida íntegramente a lo largo del desplazamiento. Por ejemplo cuando se eleva un cuerpo en forma vertical o cuando una fuerza horizontal arrastra un objeto por el piso en este caso: Trabajo =( F)( s) En unidades del SI el trabajo se mide en Nxm esta unidad se llama joule (j) Un joule es igual al trabajo realizado por una fuerza de un newton al mover un objeto a tr avés de una distancia paralela de un metro. EJEMPLO 1.- Un remolcador ejerce una fuerza constante de 4000 N sobre un barco y lo mueve una distancia de 15 m a través del puerto. ¿Qué trabajo realizó el remolcador? DATOS: F=4000N S=15 m T=?

FORMULA T= F X S

SUSTITUCION T=(4000N)(15m)=60,000Nm

RESULTADO T=60,000 JOULES

2.-¿qué trabajo realiza una fuerza de 65 N al arrastrar un bloque como el de la figura .1 a través de una distancia de 38 m, cuando la fuerza es trasmitida por medio de una cuerda de 60° con la horizontal DATOS: FORMULA SUSTITUCION RESULTADO F=65N T= Fcos θ X S T=(65N x cos60°)(38m)= 1235Nm T=1235 JOULES S=38 m θ= 60° T=? TAREA: 1.- Un mensajero lleva un paquete de 35 N desde la calle hasta el quinto piso de un edificio de oficinas, a una altura de 15 m. ¿Cuánto trabajo realiza? 2.- Julio realiza un trabajo de 176 J al subir 3 m. ¿Cuál es la masa de Julio? 3.-Esteban jala un trineo a través de una superficie plana de nieve con una fuerza de 225 N, mediante una cuerda que forma un ángulo de 35° con la horizontal. Si el trineo avanza 65.3 m, ¿qué trabajo realiza Esteban?

4.2 TRABAJO Y ENERGIA CINETICA. ENERGÍA: es todo aquello que puede realizar un trabajo. Si un objeto tiene energía quiere decir que es capaz de ejercer una fuerza sobre otro objeto para realizar un trajo sobre él y si realizáramos una trabajo sobre un objeto, le proporcionamos a éste una cantidad de energía igual al trabajo realizado. En este curso estudiaremos dos tipos de energía. ENERGÌA CINÉTICA: es aquella que tiene un cuerpo en virtud de su movimiento. ENERGÍA POTENCIAL: es la energía que tiene un sistema en virtud de su posición o condición. Aplicación de la energía potencial y cinética ENERGÍA CINÉTICA. La relación entre la energía cinética y el trabajo, considerando una fuerza F que actúa sobre un bloque como se indica en la figura: Si el bloque tiene una velocidad inicial v0 y la fuerza F actúa atreves de la distancia s y la velocidad aumenta hasta la velocidad final vf . El cuerpo tiene una masa m y la segunda ley de newton está dada por la proporción a= F / m ecc 1 Y se alcanza una velocidad final vfy quedar así 2as = v2f  – v20 Despejando a = v2f  – v20 / 2s Sustituyendo en la ecuación 1 F / a= v2f  – v20 / 2s Resolviendo para Fs Fs = ½ mvf – ½mv0 Como la cantidad del lado izquierdo de la ecuación representa el trabajo realizado sobre la masa m y la cantidad del lado derecho de la ecuación es el cambio de la energía cinética como resultado del trabajo . Por lo tanto:Ek = ½ mv

2

EJEMPLO: 1.- Un rifle dispara una bala de 4.2 g con una rapidez de 965 m/s. a) Encuentre la energía cinética de la bala. b) ¿Cuánto trabajo se realiza sobre la bala si parte del reposo? c) Si el trabajo se realiza sobre una distancia de 0.75 m, ¿cuál es la fuerza media sobre la bala? DATOS FÓRMULA CALCULOSRESULTADOS m = 4.2 g Ek = ½ mv2 Ek = ½(.0042kg) (965m/s)2Ek = 1955.6 j v= 965 m/s T =½ mv2f- ½ mv20 Si v0 = oquedaría: T =½ mv2f T = ½(.0042kg) (965m/s)2 2

T=Ek = 1955.6 j

g = 9.9 m / s2Fxs = ½ mvf 2F =½ mvf   / S F =1955.6 j / .75mF = 2607 N

TAREA1.- Un vagón de 15 Kg se mueve por un corredor horizontal con una velocidad de 7.5 m/s. Una fuerza constante de 10 N actúa sobre el vagón y su velocidad se reduce a 3.2 m/s. a) ¿Cuál es el cambio de la energía cinética del vagón? b) ¿Qué trabajo se realizó sobre el vagón? c) ¿Qué distancia avanzó el vagón mientras actuó la fuerza?

4.3 POTENCIA Potencia: es la rapidez con que se realiza un trabajo. P / T= trabajo La unidad de potencia en el SI es el joule por segundo y se denomina watt 1watt = 1 j/s y en el SUEA se usa la libra pie por segundo ft lb / s y para propósitos industriales 1hp = 550 ft lb / s 1hp= 746 W = .746 kW 1kW = 1.34 hp P / t = trabajo = Fs / t de donde: p =F s / t = F v La correa transportadora de una estación automática levanta 500 toneladas de mineral hasta una altura de 90 ft en una hora. ¿Qué potencia en caballos de fuerza se requiere para esto? DATOS FÓRMULA CALCULOS RESULTADOS W= 500 Ton P = T / t= Fs/tP =500ton(2000lb/ton)(90ft)/ 3600s P = 25000 ftlb/s H= 90 ft 1hp = 550 ft lb / s 45.45 hp. t = 3600 s

hp =

 (  (    

TAREA 1.-Una masa de 40 Kg se eleva hasta una distancia de 20 m en un lapso de 3 s. ¿Qué potencia promedio ha utilizado? DATOS: FORMULA CALCULO RESULTADO 2 m= 40 Kg. F=ma F=(40K)(9.81 m/seg ) 392.4 N s=20m T=3 s

P=T/t=Fs/t

  ))   

2.- Una carga de 70 Kg se eleva hasta una altura de 25 m. Si la operación requiere 1 minuto, encuentra la potencia necesaria. Reporte su resultado en Watts y en caballos de fuerza. DATOS FORMULA CALCULO RESULTADO

4.4 ENERGÍA POTENCIAL: La energía potencial implica que debe haber un potencial para realizar un trabajo. La fuerza externa F necesaria para elevar un cuerpo debe ser igual al peso w y el trabajo realizado esta dado porTrabajo = Wh= mgh Este trabajo puede ser realizado por el cuerpo después de haber caído una distancia h por lo tanto el cuerpo tiene una energía potencial igual al trabajo externo necesario para elevarlo. a partir de estos datos se puede calcular la energía potencial Ep= mgh 1.- Un libro de 2 Kg reposa sobre una mesa a 80 cm del piso. Encuentre la energía potencial del libro en relación: a) con el piso b) con el asiento de una silla, situado a 40 cm del suelo c) con el techo que está a 3 m del piso DATOS FÓRMULA CALCULOS RESULTADOS m= 2kg Ep= mgha) Ep = (2kg)(9.8m/s2)(0.8m) Ep = 15.7 J h= 80 cm b) Ep = (2kg)(9.8m/s2)(0.4M) 2 g = 9.8 m/s

Ep = 7.84 J

c) Ep = (2kg)(9.8m/s2)(-2.2m)

Ep = -43.1 J

TAREA 1.- Un ladrillo de 1.2 kg está suspendido a dos metros por encima de un pozo de inspección. El fondo del pozo está 3 m por debajo del nivel de la calle. En relación con la calle ¿Cuál es la energía potencia del ladrillo en cada uno de los lugares. Ejemplo. ¿Qué energía potencial tiene un ascensor de 800 Kg en la parte superior de un edificio, a 380 m sobre el suelo? Suponga que la energía potencial en el suelo es 0. EJEMPLOSe sube en un ascensor una carga de 2 T (1 T = 1000 kg) hasta el 6º piso de un edificio. Laaltura de cada piso es de 2,5 metros. Calcule la energía potencial.Sol: 294.000 J Fuerzas Conservativas: Definición: Una fuerza es conservativa si el trabajo que realiza sobre un objeto en movimiento entre dos puntos es independiente de la trayectoria que el objeto tome entre los puntos. Ejemplos: * 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. * 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. * En física clásica: Fuerza Gravitacional, Fuerza Elásticas y Fuerza Electrostática * La fuerza de gravedad es la típica representante de las fuerzas conservativas ya que si lanzamos un objeto hacia arriba (para el cual la resistencia del aire sea despreciable), regresa a nuestras manos con la misma energía cinética con la que partió.

 * El salto de agua de una cascada porque arriba tiene energía potencial debido a la altura y se transforma en energía cinética de movimiento con lo cual podemos producir un t rabajo. Fuerzas No Conservativas: Definición: Una fuerza es no conservativa si el trabajo que realiza sobre un objeto depende de la trayectoria tomada por el objeto entre sus puntos final e inicial Ejemplos: * si vas en bicicleta y frenas, estás aplicando una fuerza de rozamiento producida por el patín del freno sobre la llanta, el efecto será detener el movimiento y absorber la energía cinética * Ejemplos de fuerzas no conservativas serían: Fuerza de rozamiento y Fuerza magnética * Si una partícula sobre la que actúan una o más fuerzas regresa a su posición inicial con más energía cinética o con menos de la que tenía inicialmente, es una fuerza no conservativa. Las fuerzas no conservativas son aquellas en las que el trabajo realizado por las mismas es distinto de cero a lo largo de un camino cerrado. El trabajo realizado por las fuerzas no conservativas es dependiente del camino tomado. A mayor recorrido, mayor trabajo realizado. El campo magnético es un ejemplo de campo no conservativo que no puede ser derivado de un potencial escalar. Esto se refleja por ejemplo que las líneas de campo del campo magnético son cerradas.

4.6 conservación de la energía y friccion Así como existen fuerzas de contacto y fuerzas a distancia, las cuales se caracterizan por poner a los cuerpos en movimiento, existe otro tipo de fuerza que se encarga de reducir la rapidez de un objeto en movimiento, incluso frenarlo hasta un valor cero: la fuerza de fricción o fuerza de rozamiento. Y hoy intentaremos explicarte un poco sobre las características de esta fuerza y cómo a diario estamos sujetos a ella, aún en las cosas más simples. Veamos qué es la fuera de fricción, entonces. Fuerza de fricción La fuerza de fricción es realmente la oposición al movimiento de los cuerpos y se da en todos los medios conocidos (sólidos, líquidos y gaseosos). Atendiendo a que las superficie de los cuerpos en contacto no son idealmente lisas es imposible desaparecer esta fuerza, que en unos casos resulta necesaria reducir y en otros aumentar, ya que la fricción es una fuerza con sentido contrario a la fuerza aplicada. De no ser por la existencia de esta fuerza, no podriamos detenernos una vez puestos en marcha: los vehículos no avanzarían, pues la fricción sirve de apoyo a las ruedas para impulsarse y en su ausencia solo girarían sin avanzar. Formulación Debemos señalar que existe una fuerza de fricción estática (objetos en reposo) y fricción cinética (objetos en movimiento), cuyas fórmulas matemáticas son las siguientes: fe=nN En que fe es la fuerza de fricción estática, n es el coeficiente de fricción estática y N la fuerza normal que en el caso de superficie horizontal es el peso. fc=hN

fc es la fuerza de fricción cinética, h coeficiente de fricción cinética y N la fuerza normal siempre para superficies en contacto. N = mg Esta fuerza depende mucho de la naturaleza de los materiales en contacto, es decir que tan rugosos sean, pero también de la fuerza normal o peso de un cuerpo sobre otro en el cual descansa. Cómo se produce la fuerza de fricción La fricción estática se diferencia de la cinética por sermayor que esta, ya que un cuerpo en reposo al recibir una fuerza de aplicación que va en ascenso desde un valor cero hasta un determinado valor, permanece en reposo solo hasta que la fuerza aplicada supera el valor máximo de la fricción estática. En ese momento, el cuerpo comienza a moverse y la fricción se denomina cinética. Cuando el cuerpo está en movimiento, es posible reducir un poco la fuerza de aplicación y el movimiento se mantiene. Esto se debe a que vencida la fricción estática, las uniones microscópicas que mantenían soldadas las superficies en contacto se rompen. Así, cuando una persona trata de mover horizontalmente un cajón pesado, al principio le cuesta sacarlo del reposo, pero una vez que lo pone en marcha, puede ver que facil es continuar moviéndolo con menor esfuerzo

Leyes de Conservación de la energía Si un sistema no interacciona con su entorno de ninguna manera, entonces determinadas propiedades mecánicas del sistema no pueden cambiar. Algunas veces nos referimos a ellas como "constantes del movimiento". Estas cantidades se dice que son "conservadas" y las leyes de conservación resultante se pueden considerar como los principios más fundamentales de la mecánica. En mecánica, ejemplos de cantidades conservativas son la energía, el momento y el momento angular. Las leyes de conservación son exactas para un sistema aislado.

Establecidas aquí como principios de la mecánica, estas leyes de conservación tiene profundas implicaciones en la simetría de la naturaleza, que no hemos visto violadas. Ellas sirven como una fuerte restricción en cualquier teoría sobre cualquier rama de la ciencia. Conservación de la Energía Definimos energía como la capacidad para producir trabajo. Puede existir en una variedad de formas y pude transformarse de un tipo de energía a otro tipo. Sin embargo, estas transformaciones de energía están restringidas por un principio fundamental, el principio de conservación de la energía. Una forma de establecer este principio es "la energía ni se crea ni se destruye". Otra forma de decirlo es, la energía total de un sistema aislado permanece constante.

La Conservación de la Energía como Principio Fundamental El principio de conservación de la energía es uno de los principios fundamentales de todas las disciplinas científicas. En variadas áreas de la ciencia, habrá ecuaciones primarias que se pueden ver exactamente como una apropiada reformulación del principio de conservación de la energía.

Fluidos Circuitos Eléctricos Calor y Termodinámica

Ecuación de Bernoulli Ley de Voltaje Primera ley de la Termodinámica

Un Sistema Aislado Un sistema aislado es una colección de materia, que no reacciona en absoluto con el resto del universo y hasta donde conocemos, no existen tales sistemas. No existe una pantalla contra la gravedad, y la fuerza electromagnética es de alcance infinito. Pero con objeto de centrarnos en principios básicos, es útil postular tales sistemas para clarificar la naturaleza de las leyes físicas. En particular, las leyes de conservación se pueden presumir exactas cuando se refieran a sistemas aislados: Conservación de la energía: la energía total de un sistema es constante. Conservación del momento: El producto de la masa por la velocidad del centro de masa es constante. Conservación del momento angular: El momento angular total de un sistema es constante. Tercera Ley de Newton: No se puede generar fuerza neta dentro de un sistema, puesto que todas las fuerzas ocurren en pares opuestos. La aceleración del centro de masa es cero.

INSTITUTO DE CIENCIAS Y ESTUDIO SUPERIORES DE TAM AU LIPAS, A.C.

MAESTRO:  ING. OTILIO LIRA OLMEDO.

MATERIA:  FISICA .

A L U M N A :M   ICHELLE NOHEMI OVANDO RAMIREZ.

G R U P O : I NG.IND DE SISTEMAS DE PRODUCCION.

G R A D O : PRIMER CUATRINESTRE.  T U R N O : S   ABATINO.

FECHA:  21 DE OCTUBRE DEL 2014