TRABAJO Y ENERGÍA, AYUDA PARA EL ORAL

TRABAJO Y ENERGÍA:

En Física, trabajo y energía desempeñan un papel muy importante y entre ellos se relacionan.  En física lo que tiene energía puede efectuar trabajo. Es imposible efectuar trabajo sin energía.

La energía existe en varias formas: hay energía mecánica, química, eléctrica, calorífica, nuclear, etc. Podría haber una transformación de una forma a otra; pero se conserva la cantidad total de energía, es decir, nunca cambia.

Se entiende por trabajo a la forma de transferir energía entre sistemas. Se lo define con la siguiente ecuación. T=F.Δx.

Mecánicamente, el trabajo implica fuerza y desplazamiento, y usamos la palabra trabajo para describir cuantitativamente lo que se logra cuando una fuerza mueve un objeto cierta distancia. De manera que trabajo implica una fuerza que actúa sobre un objeto que se mueve cierta distancia. Si no hay movimiento (no hay desplazamiento), no se efectúa trabajo.

La unidad establecida por el SI para trabajo es el joule (J) que es el producto de un newton por un metro.

Un ejemplo de esto es cuando un hombre tira un trineo. Para una fuerza angulada respecto al desplazamiento,
 T=F (cos α) Δx. Dependiendo del ángulo el trabajo puede ser, negativo, cero, o positivo. El trabajo es una magnitud escalar por lo tanto no posee dirección, ni sentido, etc.  Cuando levantamos un objeto, nosotros realizamos trabajo sobre el objeto.

®Si el ángulo es de 0° el trabajo es positivo.

®Si el ángulo es de 90° el trabajo es cero.

®Si el ángulo es de 180° el trabajo es negativo.

las fuerzas generalmente varían; es decir, cambian de magnitud o ángulo, o ambos, con el tiempo o con la posición, o con ambos.

Podemos describir a la energía como una cantidad que poseen los objetos o sistemas. Una forma de energía que está íntimamente asociada con el trabajo es la energía cinética. Considere un objeto en reposo sobre una superficie sin fricción. Una fuerza horizontal actúa sobre el objeto y lo pone en movimiento. Se efectúa trabajo sobre el objeto, Se va al objeto, poniéndolo en movimiento, es decir, modificando sus condiciones cinéticas. En virtud de su movimiento, decimos que el objeto ha ganado energía: energía cinética, que lo hace capaz de efectuar trabajo. El trabajo efectuado por una fuerza constante sobre un bloque, para moverlo en una superficie horizontal, sin fricción es igual al cambio en la energía cinética del bloque: W=ΔK.

Cuando trabajen varias fuerzas, podemos hallar el trabajo neto sumando primeramente las fuerzas para hallar la fuerza resultante, o bien calculando el trabajo que efectúa cada fuerza y sumarlos. Existe entre el trabajo neto y las celeridades iniciales y finales.  El trabajo neto= ΔEk. TN= Ecf-Eci. Tneto= m.a.Δx

Cuando la fuerza no es constante se puede comprobar que el área delimitada por la curva de la gráfica F= f(x) y dos posiciones (xf, xi) del eje horizontal, representa el trabajo de la fuerza en ese desplazamiento.

ENERGIA MECÁNICA:

Es la suma de las energías sobre un cuerpo. En física la energía puede ser potencial o cinética.

La energía cinética Ek, es una magnitud escalar que depende de la masa del cuerpo y de su celeridad. Es la energía que poseen los cuerpos en movimiento.

Ek=       La energía potencial, refiere a la posición y a la deformación de los cuerpos. Se divide en energía potencial elástica y potencial gravitatoria.  Una roca en equilibrio sobre la cumbre de una montaña tiene energía potencial  gravitatoria. Si le damos un ligero impulso, la roca caerá generando celeridad y por lo tanto energía cinética.

EPG= m.g.h. La energía potencial gravitatoria depende del sistema de referencia elegido.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.

SI SOBRE UN SISTEMA NO ACTÚAN FUERZAS NO CONSERVATIVAS EL VALOR DE LA ENERGÍA MECÁNICA NO CAMBIA.

EC+EPG=EM

EC+EPG+EPE=EM

Una fuerza es conservativa si el trabajo que realiza en cualquier recorrido cerrado es cero. La fuerza realizada por un resorte es conservativa.

Las fuerzas no son conservativas cuando el trabajo que realiza en un circuito cerrado no es cero.

INTERACCIÓN ENTRE DOS CARRITOS, PRÁCTICO 7

TITULO: Práctico Nº 7, “INTERACCIÓN ENTRE DOS CARRITOS”.

OBJETIVOS:

·        El objetivo principal de este práctico, del cual se pueden desglosar otros, es verificar que se cumpla, o no, el principio que refiere a la conservación de la cantidad de movimiento.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

 La rama de la física que se ocupa del estudio del movimiento, lo que lo produce y lo afecta, se llama mecánica. El interés humano en el movimiento se remonta a las civilizaciones más antiguas. Varios científicos de la antigua Grecia, entre quienes se destacaba Aristóteles, propusieron teorías sobre el movimiento, dichas teorías fueron consideradas descripciones útiles, aunque más tarde se demostró que no eran del todo ciertas.
Galileo (1564-1642) e Isaac Newton (1642-1727) formularon  gran parte de los conceptos sobre el movimiento que tienen hoy en día amplia aceptación.
La mecánica se divide en dos partes: cinemática y dinámica.
La cinemática se ocupa de describir el movimiento de los objetos sin considerar qué es lo que lo causa.
La dinámica analiza las causas del movimiento, o sea las fuerzas.
Al estudiar la cinemática estudiamos también otras magnitudes como velocidad, aceleración, tiempo y desplazamiento.
La longitud, la masa y el tiempo son cantidades físicas fundamentales que describen muchas cantidades y fenómenos.
El sistema de unidades que los científicos usan para representar éstas y otras cantidades se basa en el sistema métrico. Históricamente, el sistema métrico fue consecuencia de propuestas para tener un sistema más uniforme de pesos y medidas hechas, que se dieron en Francia durante los siglos XVII y XVIII. La versión moderna del sistema métrico se llama sistema internacional de unidades, que se abrevia oficialmente SI
La masa es la cantidad base con que describimos cantidades de materia. Cuanto mayor masa tiene un objeto, contendrá más materia. La unidad de masa en el SI es el kilogramo (kg).
La velocidad nos dice que tan rápidamente se está moviendo algo y en qué dirección se está moviendo. Podemos hablar de velocidad media y velocidad instantánea. Es también una magnitud vectorial, por lo tanto presenta las cuatros características de un vector. A veces se dice que el tiempo es una cuarta dimensión que acompaña a las tres dimensiones del espacio (x, y, z, t), de tal manera que si algo existe en el espacio, también existe en el tiempo. En cualquier caso, podemos usar sucesos para tomar mediciones del tiempo. La unidad SI del tiempo es el segundo (s).

Un vector es un segmento de recta orientado, es decir, posee un sentido (arriba, abajo, izquierda o derecha), tiene un módulo o valor, una dirección (horizontal o vertical) y un punto de aplicación. Reciben el nombre de magnitudes vectoriales aquellas que pueden ser representadas con un vector, por la tanto, estas magnitudes cumplen con las cuatro características de los vectores. Por ejemplo: fuerza, aceleración, desplazamiento, etc.
Las magnitudes vectoriales se diferencian de las escaleras, estas últimas se expresan solo con el número y la unidad como por ejemplo energía, tiempo, temperatura y masa.
Los vectores se pueden sumar a partir de dos métodos, método analítico y método grafico
El método analítico involucra el teorema del coseno, el teorema del seno y el teorema de Pitágoras dependiendo de los datos que se obtengan.
Para el método gráfico utilizaremos el método del paralelogramo o el método del polígono. Un paralelogramo es un tipo de cuadrilátero que tiene sus lados paralelos dos a dos. Un polígono es un conjunto finito de segmentos de recta consecutivos que encierra una región en el espacio. Newton fue el primero en referirse a lo que en física moderna se denomina cantidad de movimiento lineal. Dicho de otra manera, la cantidad de movimiento de un cuerpo es proporcional tanto a su masa como a su velocidad. Por definición, la cantidad de movimiento lineal de un objeto es el producto de su masa por su velocidad: p = mv.
Unidad SI de cantidad de movimiento: kilogramo-metro/segundo (kg · m/s). Comúnmente nos referimos a la cantidad de movimiento lineal simplemente como cantidad de movimiento, que es una cantidad vectorial que tiene la misma dirección que la velocidad. La cantidad de movimiento lineal total del sistema es la suma vectorial de las cantidades de movimiento de las partículas individuales. Puesto que la cantidad de movimiento es un vector, un cambio de cantidad de movimiento puede ser resultado de un cambio de magnitud, de dirección o de ambas. Newton expresó originalmente su segunda ley del movimiento en términos de cantidad de movimiento, en vez de aceleración.

Fneta=  Expresada en esta forma, la segunda ley de Newton indica que la fuerza externa neta que actúa sobre un objeto es igual a la tasa de cambio de la cantidad de movimiento del objeto con el tiempo.

La importancia de la cantidad de movimiento radica en su carácter conservativo. Un sistema conserva constante su cantidad de movimiento siempre y cuando la sumatoria de las fuerzas exteriores sea nula. Es decir cuando actúan solo fuerzas internas a él.

MATERIALES:

Ø Dos Carritos (uno de ellos con resorte)

Ø Plano horizontal de madera

Ø Regla milimetrada

Ø Tiza

Ø Topes de madera

PROCEDIMIENTO:

Anote la masa de cada carrito, teniendo en cuenta el sistema internacional de medidas (m,k,s).
Comprima el resorte ubicado en uno de los carritos.
Coloque los carritos uno frente al otro en contacto por medio del resorte
Marque su sistema de referencia para cada carrito.
Coloque los topes a una distancia determinada y marque su posición.
Siga corriendo los topes y dejando interactuar a los carritos, hasta que los carritos golpeen simultáneamente emitiendo un sonido en estas condiciones.
Mida el desplazamiento realizado por cada carrito, utilizando una regla de alcance 0,30 m, apreciación, 0,001 m y estimación 0,0005 m.
Proceda a realizar los cálculos correspondientes y a elaborar la conclusión.

OBSERVACIONES, DATOS Y CÁLCULOS:

FUENTES DE ERROR: El margen de error fue de 2,6%, es de suponer que  esta pequeña diferencia se deba a ciertos errores experimentales respecto a aproximaciones sin tener en cuenta el criterio de cifras significativas, el establecimiento de un sistema de referencia y además, que al interactuar ambos carritos era de esperar que aunque sea un poco los topes se movieran del lugar establecido.

CONCLUSIÓN: A pesar del 2,6% de margen de error, estamos en condiciones de afirmar que se verifica el teorema que refiere a la conservación de la cantidad de movimiento. Por lo tanto, se puede afirmar que la sumatoria de las fuerzas exteriores es nula y que solo actúan fuerzas internas al sistema. 

PRACTICO Nº 6

TITULO: Práctico Nº 6, Conservación de la energía mecánica.

OBJETIVOS:

Ø Verificar el principio de conservación de la energía mecánica.

Ø Identificar los tipos de energía mecánica en la posición inicial y final

Ø Calcular la energía potencial gravitatoria, energía potencial elástica y la energía cinética en las posiciones inicial y final.

Ø Determinar la variación de energía cinética del móvil.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

En física trabajo y energía desempeñan un papel muy importante y entre ellos se relacionan. En física todo lo que tiene energía puede efectuar trabajo, es imposible efectuar trabajo sin energía.

Existen varias formas de energía: calorífica, mecánica, eléctrica, nuclear, etc.

Puede haber transformaciones de una forma a  otra pero se conserva la cantidad total de energía. 

Se entiende por trabajo a la forma de transferir energía de un sistema a otro. Se define por la siguiente ecuación. T=F.Δx. Para una fuerza angulada respecto al desplazamiento trabajo se define por la siguiente ecuación: T=F. Δx. Cosα.

Mecánicamente el trabajo implica fuerza y desplazamiento y usamos la palabra trabajo para describir cuantitativamente lo que pasa cuando una fuerza mueve un objeto, cierta distancia.  Si no hay movimiento, no hay desplazamiento, por lo tanto no se efectúa trabajo.

La unidad establecida por el Sistema Internacional de medidas para trabajo y energía es el Joule (J).

El trabajo es una magnitud escalar por lo tanto no posee dirección.

Cuando levantamos un objeto nosotros realizamos trabajo sobre el objeto.

Las fuerzas por lo general varían, es decir, cambian de magnitud o ángulos, o ambos, con el tiempo o con la posición. Cuando la fuerza no es constante se puede comprobar que el área delimitada por la curva de la gráfica F=f(x) y dos posiciones (xf, xi) del eje horizontal, representa el trabajo de la fuerza en ese desplazamiento.

Podríamos definir a la energía como una cantidad que poseen los objetos o sistemas. Una forma de energía que está asociada al trabajo es la energía cinética. En virtud del movimiento de un cuerpo podemos decir que este ha ganado o perdido energía cinética, lo que hace capaz de efectuar trabajo. 

Se entiende por energía mecánica a la suma de todas las energías que actúan sobre un cuerpo. En física la energía puede ser potencial o cinética.

EC+EPG=EM

EC+EPG+EPE=EM

La energía cinética, es una magnitud escalar que depende de la masa del cuerpo y de su celeridad. Es la energía que poseen los cuerpos en movimiento.

Ec=        

La energía potencial, refiere a la posición y a la deformación de los cuerpos. Se divide en energía potencial elástica y potencial gravitatoria.  Una roca en equilibrio sobre la cumbre de una montaña tiene energía potencial  gravitatoria. Si le damos un ligero impulso, la roca caerá generando celeridad y por lo tanto energía cinética.

EPG= m.g.h. La energía potencial gravitatoria depende del sistema de referencia elegido.

El principio de conservación de la energía mecánica establece que SI SOBRE UN SISTEMA NO ACTÚAN FUERZAS NO CONSERVATIVAS EL VALOR DE LA ENERGÍA MECÁNICA NO CAMBIA.

Una fuerza es conservativa, si el trabajo que realiza en cualquier recorrido cerrado es cero. La fuerza realizada por un resorte es conservativa.

Las fuerzas no son conservativas cuando el trabajo que realiza en un circuito cerrado no es cero.

Un circuito es cerrado cuando el punto inicial y el final son el mismo.

Dicho con otras palabras un sistema conserva constante su energía mecánica siempre que sobre el actúen únicamente fuerzas conservativas.

MATERIALES:

Ø Carrito

Ø Plano inclinado

Ø Resorte

Ø Sensores

Ø Contador digital

PROCEDIMIENTO:

Colocar inicialmente en reposo el carrito sobre un plano inclinado deformando un resorte al máximo.

Liberar el resorte de manera que el carrito comience a desplazarse sobre el plano pasando por las posiciones donde están los sensores ópticos.

Proceder a calcular, registrando los datos correspondientes y completando las tablas que aparecen a continuación.

OBSERVACIONES, DATOS Y CÁLCULOS:

m(kg)	x(m)	hi(m)	hf(m)	Vf(m/s)
0,100	0,026	0,057	0,063	0,15

POSICIÓN	Epg (J)	Epe (J)	Ec (J)	EM(J)
INCIAL
FINAL

CONCLUSIÓN:

No podemos decir que se conserva la energía porque la diferencia entre la Energía mecánica inicial y la final es de 0,022 J. Lo que significa un 27% de margen de error. Por lo tanto de acuerdo al principio de conservación de la energía, es de suponer que actuó una fuerza no conservativa además del margen de errores experimentales. El trabajo de la fuerza de rozamiento es el encargado de convertir la E_M en energía térmica. 

PRACTICO TRABAJO Y ENERGÍA CINÉTICA

TITULO: Práctico Nº 5 Trabajo y energía cinética.

OBJETIVOS:

Ø El objetivo principal de este práctico es verificar que se cumpla el teorema que vincula la igualdad entre trabajo neto y la energía cinética, en base a este objetivo podemos representar las fuerzas que actúan sobre el móvil y determinar el trabajo neto realizado sobre el móvil.

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FUNDAMENTO TEÓRICO: En física trabajo y energía desempeñan un papel muy importante y entre ellos se relacionan. En física todo lo que tiene energía puede efectuar trabajo, es imposible efectuar trabajo sin energía.

Existen varias formas de energía: calorífica, mecánica, eléctrica, nuclear, etc.

Puede haber transformaciones de una forma a  otra pero se conserva la cantidad total de energía. 

Se entiende por trabajo a la forma de transferir energía de un sistema a otro. Se define por la siguiente ecuación. T=F.Δx. Para una fuerza angulada respecto al desplazamiento trabajo se define por la siguiente ecuación: T=F. Δx. Cosα.

Mecánicamente el trabajo implica fuerza y desplazamiento y usamos la palabra trabajo para describir cuantitativamente lo que pasa cuando una fuerza mueve un objeto, cierta distancia.  Si no hay movimiento, no hay desplazamiento, por lo tanto no se efectúa trabajo.

La unidad establecida por el Sistema Internacional de medidas para trabajo y energía es el Joule (J).

Usamos comúnmente la palabra trabajo de diversas maneras: vamos al trabajo, trabajamos en proyectos, trabajamos en nuestro escritorio o con computadoras, trabajamos en problemas. Sin embargo, en física trabajo tiene un significado muy específico. Mecánicamente, el trabajo implica fuerza y desplazamiento, y usamos la palabra trabajo para describir cuantitativamente lo que se logra cuando una fuerza mueve un objeto cierta distancia. En el caso más sencillo de una fuerza constante que actúa sobre un objeto, el trabajo se define como sigue:

El trabajo efectuado por una fuerza constante que actúa sobre un objeto es igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y el componente de la fuerza paralelo a ese desplazamiento.

De manera que trabajo implica una fuerza que actúa sobre un objeto que se mueve cierta distancia. Podría aplicarse una fuerza pero si no hay movimiento (no hay desplazamiento), no se efectúa trabajo

El trabajo es una magnitud escalar por lo tanto no posee dirección.

Cuando levantamos un objeto nosotros realizamos trabajo sobre el objeto.

Las fuerzas por lo general varían, es decir, cambian de magnitud o ángulos, o ambos, con el tiempo o con la posición. Cuando la fuerza no es constante se puede comprobar que el área delimitada por la curva de la gráfica F=f(x) y dos posiciones (xf, xi) del eje horizontal, representa el trabajo de la fuerza en ese desplazamiento.

Podríamos definir a la energía como una cantidad que poseen los objetos o sistemas. Una forma de energía que está asociada al trabajo es la energía cinética. En virtud del movimiento de un cuerpo podemos decir que este ha ganado o perdido energía cinética, lo que hace capaz de efectuar trabajo. 

Se entiende por energía mecánica a la suma de todas las energías que actúan sobre un cuerpo. En física la energía puede ser potencial o cinética.

EC+EPG=EM

EC+EPG+EPE=EM

La energía cinética, es una magnitud escalar que depende de la masa del cuerpo y de su celeridad. Es la energía que poseen los cuerpos en movimiento.

Ec=        

La energía potencial, refiere a la posición y a la deformación de los cuerpos. Se divide en energía potencial elástica y potencial gravitatoria.  Una roca en equilibrio sobre la cumbre de una montaña tiene energía potencial  gravitatoria. Si le damos un ligero impulso, la roca caerá generando celeridad y por lo tanto energía cinética.

EPG= m.g.h. La energía potencial gravitatoria depende del sistema de referencia elegido.

El trabajo total o neto es el trabajo efectuado por todas las fuerzas que actúan sobre el objeto; es la suma escalar de esas cantidades de trabajo.

El trabajo efectuado por una fuerza constante sobre un bloque, para moverlo en una superficie horizontal, sin fricción es igual al cambio en la energía cinética del bloque: T=ΔC.

Esta ecuación es el teorema trabajo-energía; relaciona el trabajo efectuado sobre un objeto con el cambio en la energía cinética del objeto. Es decir, el trabajo neto efectuado sobre un cuerpo por todas las fuerzas que actúan sobre él es igual al cambio de energía cinética del cuerpo.

Lo que nos dice el teorema trabajo-energía es que, cuando se efectúa trabajo, hay un cambio o una transferencia de energía. En general, entonces, decimos que el trabajo es una medida de la transferencia de energía cinética.

MATERIALES:

Ø Riel

Ø Soporte universal

Ø Móvil

Ø Semi círculo

Ø Regla (alcance 100 cm, apreciación 1 centímetro, estimación 0,5  cm)

Ø Sensores

Ø Contador digital.

PROCEDIMIENTO:

Armar el sistema. Para ello colocar el riel  sobre uno de los soportes de manera que  forme un plano inclinado con relación a la superficie de la mesa. Conectar el contador digital a la energía eléctrica.
Colocar el móvil en reposo en la parte superior del riel.
Establecer la posición inicial considerando el vástago.
Soltar el móvil.
Medir el desplazamiento realizado desde la posición inicial hasta el sensor para calcular el trabajo de la fuerza. Medir el desplazamiento entre sensores para calcular la velocidad final que posee el móvil.
Medir el ángulo del riel con respecto al horizontal.
Registrar todos los datos incluyendo la masa del carrito y proceder con el práctico.

OBSERVACIONES, DATOS Y CÁLCULOS:

Diagrama que representa las fuerzas que actúan sobre el móvil

 

OBSERVACIÓN DATOS Y CALCULOS:

	Δx (m)	t (s)	V (m/s)
INICIAL	0	0	0
FINAL	0,015	0,012	1,25

FUENTES DE ERROR: El margen de error fue de 8,9% es de suponer que se ha debido a errores experimentales, relacionados con criterios de cifras significativas y con respecto a aproximaciones de xi y xf. Si bien podemos considerar que la fuerza de rozamiento es tan mínima que es despreciable, cabe rescatar que esta existe.

CONCLUSIÓN:

Obtuvimos un 8,9% de margen de error, o lo que es lo mismo, una diferencia de 0,07 J entre los trabajos. Podemos considerar que la fuerza de rozamiento es tan mínima que es despreciable y que por lo tanto experimentalmente se cumple el teorema que establece que, el trabajo neto es igual a la variación de la energía cinética del  móvil.