QUERIDOS ALUMNOS, SE LES RECUERDA QUE AL ESTABLECER QUE LOS TALLERES SE HARÍAN DE FORMA GRADUAL, INDICA QUE CON EL TIEMPO QUE HA TRANSCURRIDO, YA DEBERÍAN ESTAR DESARROLLADOS, POR LO CUAL SE LES INFORMA QUE LOS PUEDEN ENVIAR AL SIGUIENTE CORREO: juliocruzuniga@gmail.com
LEYES
DE NEWTON (DINÁMICA)
En las unidades anteriores se estudió
el movimiento sin indagar cuáles son sus causas, es decir, se estudió la cinemática.
En esta unidad se inicia el estudio de la dinámica. La dinámica estudia el
movimiento contestando preguntas como: ¿Qué es lo que produce un movimiento?
¿Cuáles son las causas de las variaciones observadas en el movimiento?
Primera
ley de Newton
Concepto de fuerza:
cuando realizamos un esfuerzo muscular para empujar o tirar de un cuerpo, le
estamos comunicando una fuerza.
Analizando el ejemplo que
acabamos de citar, podemos concluir que para que el efecto de una fuerza quede
bien definido, es necesario especificar su magnitud, dirección y su sentido. Es
decir, la fuerza es una magnitud vectorial y podrá ser representada por un
vector, tal como sucede en la figura.
Peso
Es la acción atractiva de la
tierra sobre los cuerpos situados cerca o en su superficie.
Observe que P, tiene dirección
vertical y su sentido es hacia abajo.
Medición
de una fuerza: cuando una fuerza es ejercida sobre el extremo
de un resorte, este se deforma. Este hecho se utiliza para evaluar fuerzas
(dinamómetro). La unidad que se escogió es el Newton (N), y el kilogramo fuerza
(kg – f), que es equivalente a 10 newton.
Las basculas son, en realidad,
dinamómetros. Cuando una persona se sube a uno de estos aparatos, está
midiendo, en efecto su peso. Si la báscula indica, 60 kg, esto significa que el
peso de esa persona es de 60 kg – f
Fuerza
y movimiento
Aristóteles:
creía que un cuerpo solo podía mantenerse en movimiento cuando una fuerza
actuase sobre el continuamente. De modo que, si un cuerpo estuviera en reposo y
ninguna fuerza actuase sobre él, permanecería en reposo. Cuando una fuerza se ejerciera
sobre el cuerpo, se pondría en movimiento, pero al cesar la acción de la
fuerza, el cuerpo volvaria al reposo.
Las afirmaciones de
Aristóteles pueden parecer correctas a primera vista, pues en nuestra diaria
experiencia, vemos que los objetos, solo se encuentran en movimiento cuando
están halados o empujados continuamente. Estas ideas perduraron durante siglos
sin que se hiciera un análisis cuidadoso de ellas. En el siglo XVII con
aplicación del método experimental, se llevaron a cabo experimentos que
llevaron a conclusiones diferentes a la de Aristóteles. Ejemplo: estando en
reposo una esfera sobre una superficie horizontal lisa, se observó que, al
empujarla con cierta fuerza, se ponía en movimiento. Por otra parte, la esfera
seguía moviéndose y recorriendo cierta distancia, aun después que se dejaba de
empujar.
Se demostró que un cuerpo
podía estar en movimiento sin la acción permanente de una fuerza que lo
empujase. Luego se concluyó que el cuerpo se detenía, por el efecto de la
fricción o roce entre la superficie y el cuerpo, que siempre actúa para
retardar su movimiento.
Si fuese posible eliminar
totalmente la acción del rozamiento, el cuerpo continuaría moviéndose en forma
indefinida, sin ninguna retardación, es decir, en movimiento rectilíneo
uniforme.
Inercia: los
experimentos anteriores llevaron a atribuir a todos los cuerpos una propiedad
denominada inercia, por el cual un cuerpo tiende a permanecer en un estado de
reposo o de movimiento uniforme rectilíneo.
Primera
ley de Newton (ley de la inercia)
En ausencia de la acción de
fuerzas, un cuerpo en reposo continuará en reposo, y uno en movimiento se
moverá en línea recta y velocidad constante
Equilibrio
de una partícula
Resultante de fuerzas
La figura presenta dos
fuerzas, F1 y F2, que actúan simultáneamente sobre un
cuerpo. La experiencia indica que estas dos fuerzas se pueden sustituir por una
fuerza única, R, que es la resultante de F1 y F2.
La fuerza R, se determina en
valor, dirección y sentido, por la regla del paralelogramo, en este caso.
En términos generales, si
varias fuerzas, F1, F2 y F3………; si actuaran sobre
un cuerpo, podrían ser sustituidas por su resultante, R, obtenida por la suma
vectorial de dichas fuerzas. La fuerza R, al actuar sola, produce en el cuerpo
el mismo efecto, que el sistema de fuerzas que sustituye.
Si R fuera nula, todo
ocurriría como si no existiera ninguna fuerza sobre el cuerpo.
Cuando las resultantes de una
fuerza que actúan sobre un cuerpo es nula, si esta en reposo continuara en
reposo, y si se haya en movimiento, seguirá desplazándose con movimiento
rectilíneo uniforme.
TERCERA LEY DE NEWTON
Newton demostró que las fuerzas
siempre aparecen como resultado de la interacción de dos cuerpos, además comprobó
que, en la interacción de dos cuerpos, las fuerzas siempre aparecen en pares:
para cada acción de un cuerpo sobre otro siempre existirá una reacción igual y
contraria de este sobre el primero.
Estas observaciones de newton se
pueden sintetizar, en su tercera ley, que también se conoce como la ley de la acción
y la reacción.
“cuando un cuerpo A ejerce una
fuerza sobre un cuerpo B, este reacciona sobre A con una fuerza de la misma
magnitud, misma dirección y de sentido contrario”
Las dos fuerzas (acción y reacción).
Cualquiera de ellas podrá, indistintamente, ser consideradas como acción o como
reacción. Podemos observar que la acción es aplicada a uno de los cuerpos y la reacción
actúa en el cuerpo que ejerce la acción, es decir, están aplicadas en cuerpos
diferentes.
Por consiguiente, la acción y la reacción
no se pueden equilibrar (anular), porque para ello sería necesario que
estuviesen aplicadas sobre un mismo cuerpo, lo cual nunca sucede.
Ejemplos
Un bloque de peso P, apoyado sobre
una superficie horizontal, ejerce sobre ella un compresión N´, perpendicular a
la superficie. La superficie reacciona sobre el bloque, ejerciendo en él una reacción
normal N. las únicas fuerzas que actúan en el bloque son su peso P y la reacción
normal N. como el cuerpo está en equilibrio, resulta obvio que debemos tener
que N=P
FUERZA DE FRICCION (ROZAMIENTO)
Consideremos un bloque apoyado en
una superficie horizontal, como el cuerpo está en reposo, las fuerzas que actúan
sobre él tienen resultante nula, ósea, su peso P está equilibrado por la reacción
normal N de la superficie. Ver figura
Supongamos ahora que una persona
empuja o tira del bloque con una fuerza F y que el cuerpo continua en reposo. Entonces
la resultante de las fuerzas que actúan sobre el bloque sigue siendo nula. (Ver
figura)
Debe entonces existir una fuerza
que equilibre a F. este equilibrio se debe a una acción ejercida por la superficie
sobre el bloque y que se denomina fuerza de fricción
(rozamiento).
Al aumentar el valor de F,
comprobamos que la fuerza de rozamiento también aumenta, pero la fuerza de fricción
crecerá hasta un valor límite, después del cual dejara de equilibrar a F. este
valor límite de la fuerza de fricción se denomina fuerza máxima de fricción. Cuando
el valor de F sobrepasa el valor de la fuerza de fracción el bloque empezara a
moverse.
La fuerza de fracción es
directamente proporcional a la reacción normal N Fr α N ------- Fr =
µ.r la constante de proporcionalidad entre Fr
y N, se representa por µ y se denomina coeficiente de fracción y su valor
depende de la superficie, de su pulimento, presencia o ausencia de lubricación.
SEGUNDA LEY DE NEWTON
Cuando estudiamos la primera ley de newton vimos que si
la resultante (R) de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es nula, este
cuerpo se encuentra en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. En cualquiera
de estos casos, la aceleración del cuerpo es nula, si R=0, entonces
a=0
Entonces, ¿Qué tipo de movimiento tendría el cuerpo si la
resultante R de las fuerzas que actúan en el fuera distinta de 0?
La respuesta de la pregunta anterior se puede encontrar
mediante un experimento sencillo. Consideremos un objeto colocado sobre una
superficie horizontal lisa, sin fricción y que es arrastrado por una fuerza F
(ver figura a)
Como la distancia entre dos posiciones sucesivas está
aumentando, obviamente la velocidad del cuerpo también aumenta, ósea que el
movimiento del cuerpo también es acelerado. La figura b, muestra las posiciones
del cuerpo, tomadas a intervalos de tiempo iguales
Relación entre la
fuerza y la aceleración
La fuerza F que actúa en un cuerpo es directamente
proporcional a la aceleración a que produce en el mismo, ósea F α a. si
graficamos f – a, la gráfica corresponde a una línea recta que pasa por el
origen de coordenada, y la pendiente de esta grafica corresponde a la masa del
cuerpo, es decir, 
= k, donde k que es la
pendiente de la gráfica corresponde a la masa del cuerpo.
De modo general comprobamos que para un
cuerpo dado, siempre se tendrá que F α a, pero la pendiente de la gráfica de F
en función de a variará de un cuerpo a otro.
Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo,
tanto mayor será la inercia; es decir, la masa de un cuerpo es una medida de la
inercia del mismo.
La segunda ley de Newton la podemos generalizar
de la siguiente manera:
La aceleración que un cuerpo adquiere es
directamente proporcional a la resultante de las fuerzas que actúan en él, y
tiene la misma dirección y el mismo sentido que dicha resultante R=m.a
Unidades
de fuerza
Las unidades fundamentales de longitud es
el metro, de masa el kilogramo y de tiempo es el segundo; como la segunda ley
de Newton es F= m.a, entonces, F=1 kg x m/s2, que es equivalente a 1
Newton (N) es que la unidad fundamente al de fuerza en el sistema universal.
1 Newton es una fuerza que al actuar
sobre una masa de un kilogramo, le imprime una aceleración de 1m/s2
Otra unidad de fuerza muy común es el
kg/f que es equivalente a 10N.
Masa
y peso
Masa: la masa de un cuerpo es una
cantidad escalar F/a = m. la masa de un
cuerpo no cambia, así el cuerpo sea trasladado de un lugar a otro, cuando su
temperatura se altera, inclusive, cuando el cuerpo cambia de un estado físico a
otro
Peso: se define como la fuerza con que la
tierra atrae a un cuerpo cerca o sobre su superficie.
El proceso de medición de la masa con una
balanza, solo se puede emplear en lugares donde los cuerpos tienen peso (gravedad),
si el cuerpo está aislado (en el espacio sideral), la masa del cuerpo se podría
medir mediante la siguiente relación m= F/a
HIDROSTÁTICA
Es el estudio de los fluidos
en reposo. Un fluido es una sustancia que puede escurrir fácilmente y que puede
cambiar de forma debido a la acción de pequeñas fuerzas intermoleculares. Por
lo tanto, el termino fluido incluye a los líquidos y los gases.
Los fluidos presentan una
especie de ficción interna entre sus moléculas o viscosidad. Sustancias como el
agua y el aire presentan muy poca viscosidad y escurren fácilmente, mientras
que la miel y la glicerina tienen una viscosidad elevada.
Presión:
El valor de la presión no
solo depende del valor de la fuerza, sino también si el área A fuese muy
pequeña, no podríamos obtener grandes presiones incluso con fuerzas
pequeñas. Por este motivo, los utensilios para cortar (cuchillo, tijeras,
un hacha) deben estar muy afilados, y las herramientas para perforación (clavo,
broca, tornillo, alfiler) deben ser puntiagudos.
En otras cosas, cuando se
requiere obtener pequeñas presiones hay que hacer que la fuerza se distribuya
sobre áreas grandes. Para disminuir la presión los constructores apoyan las
paredes sobre cimientos cuya área es mayor.
Unidades:
F/A entonces N/m2 en el sistema internacional
En la práctica se utiliza: 1
kg – F/cm2
1 atm: 1 kg– F/cm2
1 kg - F/cm2: 14,2 Lb/plg2
1 atm: 1.01x105 N/m2
1 mmHg: 133 N/m2
Densidad: es
una relación entre su masa y su volumen, ósea, d:m/v. Ej: densidad del aluminio
2.7 g/cm3, esto significa que en cada cm3 de Al se tiene
una masa de 2.7 gramos.
Unidades:
g/cm3: 103 rg/m3
PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
El aire, como cualquier
sustancia cercana a la tierra, es atraído por ella; es decir, el aire tiene
peso. Debido a esto, la capa atmosférica que envuelve la tierra y que
alcanza una altura de decenas de kilómetros, ejerce una presión sobre los
cuerpos sumergidos en ellos. Esta presión se denomina presión atmosférica.
En todos los planetas con
atmosfera existe una presión atmosférica con cierto valor. En la luna,
como no hay atmosfera, no hay, presión atmosférica.
Hasta el siglo XVII la
existencia de la presión atmosférica era desconocida, incluso, muchos
estudiosos de la física la negaban.
Experimento
de Torricelli
El físico italiano Torriceli,
realizó un experimento que, además de demostrar que la presión atmosférica
realmente existe, permitió la determinación de su valor.
Al actuar sobre la superficie
del líquido del recipiente, lograba equilibrar el peso de la columna de
mercurio.
Como la altura de la columna
líquida en el tubo era de 76 cmHg, Torricelli llegó a la conclusión de que el
valor de la presión atmosférica, equivale a la presión ejercida por una columna
de mercurio de 76 cmHg de altura, es decir:
(Pa: 76 cmHg (nivel del mar)
1 atm: 76 cmHg: 670 mmHg
Comentarios
Pascal,
repitió el experimento en lo alto de una montaña y comprobó que el valor de Pa
era menor que al nivel del mar. Resultado lógico, pues cuanto mayor sea la
altitud de un lugar, menor será el espesor de la capa atmosférica. Si el
experimento fuera llevado en lo alto del monte Everest, la columna de mercurio
en el tubo bajaría hasta casi 26 cmHg de altura.
El experimento de Torricelli
podría realizarse usando otros líquidos en vez de mercurio. Pero el mercurio es
que se emplea en virtud de su gran densidad, por lo cual produce una columna
liquida de altura no muy grande.
Si el experimento se llevara a
cabo con agua, como su densidad es 13,6 veces mayor, ósea, igual a 10,3 metros.
Experimentos
relacionados con la presión atmosférica
La presión atmosférica es
capaz de aplastar una lata de cuyo interior se ha extraído el aire, originando
un vacío.
A la fuerza ejercida por la
presión atmosférica se debe que usted pueda tomar un refresco sirviéndose de
una pajilla o popote. Cuando se sorbe el aire por el extremo del pequeño tubo,
no se está absorbiendo realmente el refresco, sino que provoca una reducción
del interior del aire en el interior de la pajilla. La presión atmosférica, al
actuar sobre la superficie del líquido, en el vaso, lo hace subir por el
tubito. Algunas bombas para elevar agua basan su funcionamiento en este mismo
principio.
VARIACIÓN DE LA PRESIÓN CON LA PROFUNDIDAD
La presión
aumenta con la profundidad. Ya sabemos que la presión atmosférica disminuye a
medida que se ascienden en la atmósfera. Esto se debe al que el peso de la capa
de aire. Que ejerce la presión atmosférica en determinado lugar, será menor
cuanto mayor sea la altura del mismo sobre el nivel del mar.
Cuando
uno se sumerge en el agua de una piscina, existe una situación parecida. Conforme
nos sumergimos, la presión aumenta pues el peso de la capa líquida que ejerce
la presión en un punto, será mayor cuando más grande sea la profundidad.
Cálculo
de la presión en el interior de un fluido.
Cálculo de la presión en el interior de un
fluido.
Si la
superficie de un líquido, cuya densidad es (d), está sometida a una presión atmosférica
(Pa), la presión P en el interior de este líquido y una profundidad (h), está
dada por:
PRINCIPIO
DE ARQUÍMEDES
Cuando sumergimos un cuerpo
solido cualquiera en un fluido (líquido o gas), comprobamos que este ejerce
sobre el cuerpo una fuerza de sustentación, es decir, una fuerza
dirigida hacia arriba que tiende a impedir que el cuerpo se hunda en el
líquido. Esta fuerza es también lo que hace que una piedra parezca más ligera
(liviana) cuando la sumergimos en el agua o en algún otro líquido. Esta fuerza
que es vertical y está dirigida hacia arriba, se denomina empuje ascendente
del líquido sobre el cuerpo sumergido.
Como la presión aumenta con la
profundidad, las fuerzas ejercidas por el líquido en la parte inferior del
cuerpo, son mayores que las fuerzas ejercidas en su parte superior. La resultante
de estas fuerzas, por tanto, deberá estar dirigida hacia arriba. Dicha resultante
es la que constituye el empuje hidrostático ascendente que actúa sobre el
cuerpo.
Principio
de Arquímedes: Arquímedes descubrió la manera de calcular el
empuje ascendente que actual en los cuerpos sumergidos en los líquidos. Sus conclusiones
fueron expresadas en un principio, cuyo texto dice “todo cuerpo sumergido en un
líquido recibe un empuje vertical hacia arriba, igual al peso del líquido
desplazado por el cuerpo”
E:
peso del líquido desplazado
Md: masa del líquido
desplazado
g: gravedad
dl: densidad del liquido
E: empuje
Vd: volumen desplazado
Comentarios:
1.
Cuando el valor del empuje es menor que el peso
del cuerpo (E<P). en este caso, la resultante de estas fuerzas estará dirigida
hacia abajo, y el cuerpo se hundirá hasta llegar al fondo del recipiente
(ejemplo, cuando soltamos una piedra dentro del agua)
2.
El valor del empuje es igual al peso del cuerpo
(E:P). en este caso la resultante de estas fuerzas será nula y el cuerpo
quedará en reposo en el sitio en que se halle. Esto es o que sucede con un
submarino bajo el agua, en reposo a cierta profundidad.
3.
El valor del empuje es mayor que el peso del
cuerpo (E>P). en este caso, la resultante de estas fuerzas estará dirigida
hacia arriba y el cuerpo sube en el interior del líquido, cuando llegue a la
superficie tendremos que E:P, entonces en tal posición el cuerpo flotará y permanecerá
en equilibrio.
Ejemplo
Un cilindro metálico, cuya área
en la base A igual a 10 cm2 y cuya altura H igual a 8 cm, flota en
mercurio, como muestra la figura. La parte del cilindro sumergida en el líquido
tiene una altura de h:6 cm
Densidad del mercurio:13.6
g/cm3
a) ¿El valor
tiene el empuje hidrostático ascendente sobre el cilindro?
E: dL x Vd x g
E:13.6 g/cm3 x 60x10-6m3 x 10m/s2
E:8.16 N
b) ¿cuál
es el valor del peso del cilindro metálico?
P:E, el cilindro está flotando
en reposo
c) ¿Cuál es
el valor de la densidad del cilindro?
PRINCIPIO DE PASCAL
El incremento de la presión en
un punto de un líquido en equilibrio, se trasmite integralmente a todos los
puntos de dicho líquido.
 |
| el aumento de presión en un punto (1), se transmite integramente al punto (2) |
Aplicación del principio de pascal
Una
importante aplicación de este principio lo encontramos en las maquinas hidráulicas
capaces de multiplicar fuerzas.
Consideremos
la maquina mostrada en la figura
La cual
consta de dos recipientes cilíndricos comunicantes que contienen un líquido
(aceite), en los que el área de la sección transversal de uno de ellos es mayor
(A) que la del otro (a). si ejercemos una fuerza FI en el pistón del cilindro que es más pequeño, se provoca el
aumento en la presión del líquido bajo el pistón. Por consiguiente, dicho
incremente en la presión se trasmitirá a todos los puntos del líquido, produciéndose
una fuerza F en el pistón cuya área es mayor. Con este dispositivo es posible
equilibrar una gran fuerza mediante una fuerza mucho menor.
Por ejemplo: si a:1 cm2, A:100cm2 y FI:10 kg- F, obtenemos que F:1.000 Kg – F
Ósea
que una fuerza de solo 10kg – F puede equilibrar el peso de un cuerpo de 1.000
kg – F (1 tonelada). Maquinas hidráulicas
SEGUNDO SEMESTRE (AGOSTO - DICIEMBRE)
LEYES DE LA
CONSERVACIÓN
Si un país posee grandes reservas
de energía, tiene posibilidades de desarrollarse, pues además de poder exportar
parte de esos recursos, puede utilizar la energía en la industria, el alumbrado,
la calefacción, la propulsión de vehículos.
Es evidente que la energía
desempeña un papel muy importante en el mundo actual, por lo cual se justifica
que la conozcamos mejor.
Trabajo: consideremos un cuerpo que es arrastrado sobre una
mesa horizontal, sometido a la acción de una fuerza
F. Supongamos que
F
es constante y que el cuerpo se desplaza una distancia
d, siendo
Θ
el ángulo entre
F y la dirección del desplazamiento del cuerpo. El trabajo
T
realizado por la fuerza
F, se define de la siguiente manera:
T=FXdx Cos ø las unidades de medida en el
sistema internacional, es: 1Nx 1m= 1 Joule (J)
Comentarios: si una fuerza se aplica a un cuerpo y este no
sufre ningún desplazamiento (d = 0)
el trabajo de esta fuerza es nulo.
·
si una persona sostiene un objeto sin
desplazarlo, no está realizando trabajo desde el punto de
vista de la física.
·
La cantidad de trabajo definida en física no
siempre coincide con el concepto común de “trabajo” material que se tiene.
·
influencia del ángulo: consideremos un
cuerpo que se desplaza una distancia d =
2,0 m sometido a la acción de una
fuerza F = 10 N. Considerar las
situaciones siguientes:
1.
La
fuerza
F actúa en el mismo sentido
del desplazamiento. En este caso
Θ = 0°, y como
Cos = 1, tendremos
T = 10 x 2,0 x 1
1. La
fuerza F es perpendicular al
desplazamiento. En este caso Θ = 90°, y como Cos 90° = 0, resulta T = F x d * Cos90° de donde T
= 0.
2.
La
fuerza
F actúa en sentido contrario
el desplazamiento (actúa con tendencia a retardar el movimiento del cuerpo). En
este caso
Θ = 180°, y como como
Cos 180° = -1, tendremos
T = (10) (2)
(-1) = -20 J (Trabajo negativo).
·
si Θ
está comprendido entre 0° y 90°, el trabajo de la fuerza es positivo la fuerza F, tiende a incrementar el valor de la
velocidad del cuerpo.
·
si Θ
está comprendido entre 90° y 180°, el trabajo de F será negativo, la fuerza tiende a provocar una disminución de la
velocidad.
·
T = 0 (Θ = 90°), la fuerza no tiende a
incrementar ni a reducir el valor de la velocidad del cuerpo.
Trabajo realizado por varias
fuerzas: el trabajo total, T,
realizado por la resultante de un sistema de fuerzas F1, F2, F3 etc, es igual a la suma algebraica de los trabajos T1, T2, T3 etc, efectuados por cada una
de estas fuerzas o sea:
T = T1 + T2 + T3 +… Nota:
el trabajo realizado por un
cuerpo no depende de su trayectoria.
POTENCIA
Entre dos máquinas que realizan el mismo
trabajo con la misma perfección, siempre preferimos la más rápida. Para medir
la rapidez con que se realiza cierto trabajo, se define una cantidad
denominada. La potencia p de una fuerza se define como:
TRABAJO Y ENERGÍA
Energía: representa la capacidad de realizar trabajo. Así,
diremos que un cuerpo posee energía cuando es capaz de efectuar un trabajo. Una
persona es capaz de realizar el trabajo de levantar un cuerpo, debido a la
energía que le proporcionan los alimentos que ingiere. El vapor de agua de una
caldera posee energía, puesto que es capaz de efectuar el trabajo de mover las
turbinas de una planta de generación eléctrica. Como la energía se relaciona
con el trabajo, se mide con las mismas unidades que el trabajo; es decir, que
en el SI la unidad de energía es el joule.
Energía cinética: consideremos un bloque en movimiento
acercándose a un resorte, como muestra la figura
Al
chocar contra él muelle, la velocidad del bloque irá disminuyendo hasta
anularse mientras el resorte se va comprimiendo. Por lo tanto, el bloque en
movimiento fue capaz de realizar el trabajo de comprimir el resorte. Cualquier
cuerpo en movimiento tiene la capacidad de realizar trabajo, y por lo tanto, un
cuerpo en movimiento posee energía. Esta se denomina energía cinética y se le
representa por Ec. La energía cinética está dada por la siguiente expresión:
Relación entre el trabajo y la energía cinética:
En la figura se representa un
cuerpo de masa
m que pasa con velocidad
V1 por un punto 1.
ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL
Suponga un cuerpo situado a una
altura
h arriba del suelo (ver figura). Debido a la atracción de la
tierra, si este cuerpo se deja caer sería capaz de realizar trabajo al llegar
al piso: perforar el suelo, aplastar un objeto. Podemos decir que un cuerpo
situado a cierta altura posee energía, pues tiene la capacidad de realizar un
trabajo al caer.
Esta energía que poseen los
cuerpos debido a su posición, se denomina energía potencial gravitacional. La
EPG
puede calcularse por el trabajo que el peso de este cuerpo realiza al caer
desde esa posición, hasta el nivel de referencia.
Relación entre el trabajo y la energía potencial gravitacional
Consideremos un cuerpo de masa
m,
inicialmente en el punto
A, a una altura
hA por arriba de un nivel
de referencia. Cuando este cuerpo se desplaza verticalmente desde
A hasta
otro punto
B situado a una altura
hB con respecto al nivel de
referencia, su peso realizará un trabajo.
ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA
Un cuerpo unido al extremo de un
resorte deformado (comprimido o estirado) posee energía potencial elástica. El
resorte realiza sobre el objeto un trabajo cuando lo soltamos. Para calcular el
trabajo que el resorte realiza sobre el cuerpo debemos saber cómo cambia la
fuerza ejercida por el muelle.
En la figura se muestra un
resorte deformado. Se puede comprobar experimentalmente que al duplicar el
alargamiento, la fuerza también se duplica. Se muestra que la fuerza ejercida
por un resorte es directamente proporcional a su deformación, o sea:
Ley de Hooke F = K X
La energía potencial elástica se
puede determinar por el trabajo que el resorte realiza sobre el cuerpo. Este
trabajo se puede evaluar por el área bajo la gráfica fuerza – desplazamiento.
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA:
La energía se puede transformar de una clase a
otra, pero no puede ser creada ni destruida, de manera que la energía total es
constante. La suma de la energía cinética, más su energía potencial, permanece
constante en cualquier punto de la trayectoria.
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