Curso: F

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UTP FIMAAS
Curso Física 1
Sesión Nº 7A Trabajo, Potencia y Energia.

Profesor Carlos Alvarado de la Portilla
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Contenido.

• Definición de trabajo.
• Trabajo efectuado por una fuerza constante.
• Potencia.
• Trabajo efectuado por un resorte (Ley Hooke)
• Energía cinética y energía potencial.
• Ley de transformación y ley de conservación. de
  energía.
• Oscilaciones mecánicas.

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Bibliografía.

• Sears Zemansky Física Universitaria. Volumen
  1.
• Alonso y Finn Física.

Profesor Carlos Alvarado de la Portilla
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Definición de trabajo
Trabajo y energía
El trabajo W efectuado por un agente que ejerce
una fuerza F constante sobre un cuerpo, es el
producto de la componente de la fuerza en la
dirección del desplazamiento y la magnitud del
desplazamiento. W (F cos q) s
F
q
F cos q
s
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Trabajo y energía.
W (F cos q) s

• Donde
• W es el trabajo, una magnitud escalar. (Joule)
• F es una fuerza exterior constante aplicada a
  un
• cuerpo. (Newton)
• S es el desplazamiento realizado por el cuerpo.
  (m)
• ? es el ángulo formado por la fuerza F y la
• dirección del desplazamiento S.
  (grados)

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Trabajo y energía

• Analizando la expresión
• W (F cos ?) (s)
• Si F y s tienen la misma dirección y sentido,
  ?0º
• cos 0º 1, entonces W F s.

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Trabajo y energía
Si F y s tienen sentidos opuestos, ? 180º cos
180º -1, entonces W - F s.
Lo cual significa que la fuerza esta frenando en
movimiento del cuerpo. Por ejemplo un vehículo
frenando.
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Trabajo y energía
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Trabajo y energía
10
Trabajo y energía
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Representación gráfica del Trabajo efectuado por
una fuerza variable.
Trabajo y energía.
Fx
Fx
Área DA Fx Dx
Fx
Trabajo
x
x
xi
xf
xi
xf
Dx
El trabajo total es el área bajo la curva. La ?
de las áreas de los rectángulos.
El trabajo hecho por la fuerza Fx en Dx es el
área del rectángulo sombreado.
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Comparación de la representación gráfica del
trabajo efectuado por una fuerza variable y una
fuerza constante.
Fx
Fx
Área DA FxDx
Trabajo
fuerza variable
fuerza co9nstante
Fx
x
x
xi
xf
xi
xf
Dx
El trabajo total realizado por una fuerza
constante es el área bajo la recta.
El trabajo total es el área bajo la curva. La ?
de las áreas de los rectángulos.
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Trabajo y energía.
EN TODA GRAFICA FUERZA vs DESPLAZAMIENTO EL
AREA BAJO LA CURVA NOS DA ELTRABAJO REALIZADO POR
LA FUERZA PARALELA AL DEZPLAZAMIENTO
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Unidades del trabajo.
Trabajo y energía.

• 1 Joule ó Julio 1 N.m
• 1 Kgf m 1Kp m 9.8 Joules
• Un Julio (J) o (N m) es el trabajo realizado por
  una fuerza constante de un Newton que aplicada a
  un cuerpo le comunica un desplazamiento de un
  metro en la misma dirección.

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Trabajo y energía.

• 1 ergio 1 (dina cm)
• Un ergio o (dina cm) es el trabajo realizado por
  una fuerza constante de una dina que aplicada a
  un cuerpo le comunica un desplazamiento de un
  centímetro en la misma dirección.
• Como 1N 105 dinas 1 J 107 ergios
• y 1 m 102 cm

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Trabajo y energía.

• Potencia (P).

• Potencia (P).
• Es aquella cantidad escalar que nos indica la
  rapidéz con la que se puede realizar un trabajo.
• Potencia es el trabajo realizado por unidad de
  tiempo.

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DondeP Potencia en Watios WF Fuerza
aplicada en Nv Velocidad del cuerpo que se
aplica la fuerza m/s
Trabajo y energía.
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Trabajo y energía

• Unidades de Potencia
• 1 Vatio W 1J / s (1 Joul / segundo)
• 1 Kp m / s ( 1 Kilopondio / segundo)
• 1 KW 1000 W
• 1 KW 1.34 CV (Caballos de vapor)
• Nota
• El Kilowatio hora (KW h) y el Caballo vapor hora
  (CV h), son unidades especiales del trabajo.

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Trabajo realizado por una fuerza variable,hecho
por un resorte y si gráfica
Fr
x 0
Fx es negativa x es positiva
kxm
x
Fr - kxm
xm
Fx 0 x 0
Fr - kxm
Fx es positiva x es negativa
x
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(No Transcript)
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Trabajo y energía
Una fuerza Fneta actúa sobre un cuerpo de masa m,
en dirección x. Las ecuaciones de posición y
velocidad son
Despejando t de (2) y sustituyendo en (1) podemos
encontrar que
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Energía cinética
La energía cinética se define como
El trabajo neto efectuado por una fuerza sobre un
cuerpo es
El teorema de trabajo energía establece
que Trabajo hecho por una fuerza Cambio en su
energía cinética
El trabajo efectuado por la fuerza neta constante
Fneta al desplazarse una partícula es igual al
cambio en la energía cinética de la partícula.
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Situaciones con fricción cinética
Si hay fuerzas de fricción, habrá una pérdida de
energía cinética debido a esta. DKfricción
fcd La ecuación de trabajo energía cinética será
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Ejemplo 1
Un bloque de 6 kg es jalado hacia la derecha en
una superficie sin fricción con una fuerza
horizontal constante de 12 N. Encuentre la
rapidez después que ha recorrido 3 m.
W Fd (12)(3) 36 J W Kf Ki ½ mvf2 0
n
vf
F
d
vf 3.5 m/s
mg
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Ejemplo 2
Un bloque de 6 kg es jalado hacia la derecha en
una superficie con fricción con una fuerza
horizontal constante de 12 N. El coeficiente de
fricción es 0.15. Encuentre la rapidez después
que ha recorrido 3 m.
n
W Fd (12)(3) 36 J La enegía perdida por la
fricción es DKfricción fcd
(0.15)(6)(9.8)(3) 26.5
J Aplicando 0 36 26.5 ½ 6 vf2 vf2 3.18
vf
F
d
mg
vf 1.8 m/s
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Tarea
Una partícula de 0.6 kg tiene una rapidez de 2
m/s en el punto A y una energía de 7.5 J en B.
a)Cuál es su energía en A? b) Su rapidez en B?
c ) El trabajo total realizado cuando se mueve
de A a B?
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Potencia
La potencia promedio se define como la cantidad
de trabajo W hecha en un intervalo de tiempo Dt
En términos más generales, la potencia es la tasa
de transferencia de energía en el tiempo. La
potencia instantánea es el valor límite de la
potencia promedio cuando Dt tiende a cero
Además
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Unidades de potencia
La unidad de potencia es P W/T J/s
watt W La unidad en el sistema inglés es el
caballo de potencia (horsepower) 1 hp 746
W La unidad de energía puede definirse en
términos de la unidad de potencia. Un
kilowatt-hora es la energá consumida en una hora
a una relación constante de 1 kW 1000
Js 1kWh (1000 W) (3600 s) 3600000 J
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Tarea
Calcule el gasto de energía consumida por los
siguientes aparatos o dispositivos a) Un foco
de 75 W en 4 hrs. b) Un horno de microondas de
1200W en 35 min. c) Una televisión de 300 W en 8
hrs. d) Un calentador eléctrico de 1500 en 8
hrs. e) Un cobertor eléctrico de 40 W en 8
hrs. qué dispositivo o aparato consume más
energía?
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(No Transcript)