Tema 5.- Trabajo y energía mecánica
ÍNDICE DEL TEMA
1.- Trabajo y energía
2.- Trabajo realizado por una fuerza constante
3.- Concepto de potencia
3.1.- Potencia y rendimiento
3.2.- Otra unidades de trabajo y potencia
4.- Energía mecánica
4.1.- Energía cinética
4.2.- Energía potencial
4.2.1.- Energía potencial gravitatoria
4.2.2.- Energía potencial elástica
5.- La energía mecánica se transforma y se conserva
5.1.- Principio de conservación de la energía mecánica
5.2.- Aplicaciones del principio de conservación de la energía mecánica
6.- La energía total se transforma y se conserva
7.- Máquinas y herramientas
7.1.- La palanca. Ley de la palanca
7.2.- Las poleas
7.3.- Las pendientes o planos inclinados
8.- Actividades
9.- Resumen: Las ideas claras
10.- Evaluación
El papel de la energía en nuestras vidas
Todas las máquinas y mecanismos funcionan mediante transformaciones energéticas que casi siempre, de una u otra forma están relacionadas con alguna de las fuentes de energía que se han de pagar: electricidad, combustibles,...
Nuestro cuerpo también es energía. Transformamos la energía de los alimentos y del agua en movimientos y es necesaria en todos los procesos biológicos de nuestro organismo: corazón, cerebro, músculos, etc.
Para valorar la capacidad humana de aprovechar las transformaciones de la energía y conservar al mismo tiempo el medio ambiente es importante conocer detalladamente algunos de estos mecanismos y ser conscientes de que, aunque la energía se conserva, también se degrada, es decir, pierde su capacidad para realizar un determinado trabajo.
Pero, ¿qué es la energía? ¿Para qué se utiliza? ¿Por qué crees que es importante el ahorro energético?
Concepto de energía:
En física se denomina energía a la capacidad que tienen los cuerpos de producir transformaciones, como por ejemplo realizar un trabajo.
Características de la energía:
- Los cuerpos la poseen, al igual que masa y volumen.
- Se puede transportar con o sin materia.
- Se presenta en distintas formas.
- Se puede transformar de una formas a otras.
- Puede pasar de unos cuerpos a otros.
- Se conserva en cualquier proceso.
- En algunas formas es más aprovechable que en otras.
Formas de energía:
1.- Energía interna: es la que tienen los cuerpos por su constitución, osea, por el simple hecho de ser materia.
2.- Energía mecánica: cuando está asociada al estado de un sistema (movimieto, reposo, posición...) Puede presentarse como:
3.- Energía cinética: es la debida al movimiento.
4.- Energía potencial: es la que se debe a la posición de los cuerpos. Puede ser gravitatoria y elástica.
5.- Energía eléctrica: está relacionada con el movimiento de las cargas eléctricas en un material.
6.- Energía electromagnética: es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz, las ondas de radio, etc. También llamada energía radiante.
7.- Energía luminosa: debida a la luz tanto la emitida por el Sol como la que emiten otros cuerpos.
8.- Energía nuclear: es la almacenada en el núcleo de los átomos y la que se libera en las reacciones
nucleares.
9.- Energía térmica: Se debe al movimiento de las partículas que componen la materia.
10.- Energía química: Se libera o se absorbe en un proceso químico, por ejemplo la combustión.
11.- Energías renovables: son aquellas que se obtienen a partir de fuentes naturales inagotable como el sol, el viento, la mareas, las olas, la geotérmica, los saltos de agua, etc.
12.- Energías no renovables: se obtiene de fuentes que se agotan con el petróleo, el gas, el carbón, etc.
Aquí os dejo la ficha nº1.- Concepto de energía
2. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS: CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.
Las transferencias de energía se pueden hacer de dos formas:
- Por medio de un desplazamiento, bajo la acción de una fuerza: en ese caso se produce trabajo.
- Debido a una diferencia de temperatura: se habla entonces de que se transfiere calor.
El trabajo y el calor son dos formas de transferencia deenergía de unos cuerpos a otros. Ni el calor ni el trabajo son formas de energía. No podemos decir que un cuerpo tiene trabajo ni calor, y sí podemos decir que tiene energía.
La energía mecánica, E m , es la suma de la energía cinética, E c , y de la energía potencial, E p , por lo que puedes escribir que E m = E c + E p .
CONCEPTO DE TRABAJO
Podemos considerar que el trabajo es energía en tránsito desde el sistema que lo realiza hasta el sistema que recibe ese trabajo.
El Trabajo es una de las formas de transferencia de energía entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace.
El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F, aplicada sobre el cuerpo, del desplazamiento, x y del coseno del ángulo α que forman la fuerza y el desplazamiento:
W = F · cos α · Δx
Unidades de trabajo
El trabajo, se mide en julios (J) en el SI, la fuerza en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m).
Fíjate en que tiene las mismas unidades que la energía, ya que el trabajo es una de las formas de modificar la energía de los cuerpos.
Cambios de energía
Ya has visto que existe una relación entre el trabajo y la energía. De hecho, el trabajo es una forma de transferir energía de un cuerpo a otro.
Así, si realizas un trabajo sobre un cuerpo, por ejemplo al empujar una caja sobre un plano horizontal, ese trabajo se invierte en aumentar la energía cinética de la caja, que se mueve a mayor velocidad. ¿Y si subes la caja verticalmente a velocidad constante? Entonces aumentas su energía potencial. Si es el cuerpo el que realiza el trabajo, está transfiriendo energía a otro cuerpo.
Trabajo y energía potencial
Si sobre un cuerpo de masa m aplicas una fuerza igual a su peso dirigida verticalmente hacia arriba entonces lo haces subir a velocidad constante. Si su altura se incrementa en h metros, desde una altura inicial h o a una altura final h f , el trabajo realizado será:
W = F d = mgΔh = mg(h f - h o )= mgh f - mgh o = E p,f - E p,o = ΔE p
Es decir, el trabajo realizado por una fuerza sobre el cuerpo es igual a la variación de la energía potencial gravitatoria del cuerpo.
Trabajo y energía cinética
Pero si la fuerza aplicada sirve solamente para aumentar la velocidad del objeto, entonces estás aumentando su energía cinética. ¿Qué relación hay entre el trabajo realizado por la fuerza y la energía cinética? A partir de las ecuaciones de la cinemática: v f = v o + at x = x o + v o t + ½ at 2 puedes obtener que:
Aquí os dejo la ficha nº2.- Concepto de trabajo
Aquí tenéis las ficha nº3.- Concepto de potencia
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