REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENZA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA DE LA

FUERZA ARMADA

NUCLEO: CHUAO

PROFESOR:

HENRY CRISTANCHO

INTEGRANTES:

ERIKA ARRIETA

WISMAILYS MARTINEZ

MARIA QUIJADA

CARACAS, OCTUBRE DE 2015

TRAB

AJO Y

ENERG

ÍA

INDICE

INTRODUCCION………………………………………………………………...3

MARCO TEORICO……………………………………………………………4,16

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL…………………………………….....16,?

ANEXOS……………………………………………………………………...17,18

CONCLUCION…………………………………………………………………..19

BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………20

INTRODUCCIÓN

Trabajo y energía, son temas de suma importancia para el estudiante de ingeniería

en la materia de Física, pues son fenómenos los cuales deben ser abordados para lograr

distinguir los diferentes conceptos que son, trabajo, energía, fuerzas conservativas y no

conservativas, energía potencial, sistemas conservativos en una dimensión,

conservación de la energía, y energía cinética, pues bien resulta meramente importante

el saber distinguir la variación de energía potencial a cinética de una partícula en

diferentes puntos de su trayectoria, pues su aplicación a problema reales podría ser

indispensable dependiendo del campo en que se halla que desenvolver.

Así mismo el conocer el principio de conservación de la energía, el calcular

porcentajes de energía mecánica, determinar potencias desarrolladas por

electrodomésticos, personas, etc. Al transformar su energía. Son aspectos necesarios de

abordar necesidad a tribuida a razones antes mencionadas.

Algo no se debe obviar es la importancia que tiene el saber cómo es cobrada la

energía consumida en los hogares ya que la economía actual no permite darse los lujos

de dejar que cobren cantidades arbitrarias, igual caso se presenta en la cocción de

alimentos pues tal proceso resulta costoso debido al elevado precio del Gas; y el tener

conocimiento de que con la energía que el Sol brinda se puede realizar cocción de

alimentos de una manera óptima y económica resulta más que imprescindible para los

estudiantes de Física y en la sociedad en general.

Por todo lo antes mencionado se hace necesario realizar un proceso experimental

en el cual se desarrollen procesos con los cuales se deje al descubierto cada fenómeno

antes mencionado con el fin de que se logre concebir de una manera óptima y en su

totalidad cada uno de los aspectos que conciernen al tema en estudio.

MARCO TEORICO

1- Trabajo y energía:

Es la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza.

Esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo. Pero

hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con

la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que

tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones.

T = F. d. Cosα.

Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el

coseno del ángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el

punto o el objeto que se mueve.

Sabemos que en Física se usan muchas unidades dependiendo de los sistemas

utilizados. La magnitud Trabajo no es la excepción. Cuando la fuerza se mide en

Newton (Sistema MKS) o Internacional, y la distancia en metros, el trabajo es medido

en Joule (J). Otra unidad es el Kilográmetro (Kgm) que surge de medir la fuerza en Kg f

(Kilogramos fuerza) y distancia en metros. Otro mucho menos usado es el Ergio usado

cuando se mide la distancia en centímetros y la fuerza en gramos fuerza.

Veamos un ejemplo:

Una fuerza de 20 Newton se aplica a un cuerpo que está apoyado sobre una

superficie horizontal y lo mueve 2 metros. El ángulo de la fuerza es de 0 grado con

respecto a la horizontal. Calcular el trabajo realizado por dicha fuerza.

T = F. d. Cosα

T = 20 N. 2 Mt. Cos0

T = 40 NM. = 40 J (Joule).

Cuando la distancia se mide en metros y la fuerza en Newton, el trabajo se mide

en joule.

Ahora supongamos que en el mismo problema usamos un ángulo distinto de 0.

Por ejemplo 30 grados.

 

T = 20 N. 2 Mt. Cos30

T = 20 N. 2 Mt. 0.866

T = 34.64 J.

Se puede ver que el valor varía. Y si usáramos 90 grados el trabajo se anularía por

completo ya que el coseno de 90 es igual a cero.

Energía:

 La energía se define como la capacidad que tienen los cuerpos para poder realizar

cambios en sí mismos o en otros cuerpos.

Unidades: En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad correspondiente a

la energía es el JULIO (J). 1 J = 1 kg m2 s-2.

Otras unidades empleadas: Caloría (cal = 4,18 J); kW h = 3.600.000 J

 Tipos de energía:

Se distinguen varios tipos de energía, atendiendo a la característica que permite al

cuerpo el realizar cambios:

Energía cinética: Debida al movimiento. Se calcula mediante la expresión Ec =

1/2 m v2

Energía potencial gravitatoria: Energía que almacena un cuerpo debido a su

posición. Depende del punto de referencia que hayamos escogido para medir las alturas.

Para os casos que vamos a estudiar podemos usar la aproximación Epg = m g h

Energía mecánica: Suma de energías debidas al movimiento y a las fuerzas

exteriores que actúan sobre el cuerpo. Es decir, suma de las Energías Cinética y

Potencial. Para la mayoría de los problemas Em = Ec + Epg

Energía interna: Energía asociada a un cuerpo debido a su temperatura y a su

estructura atómico-molecular.

Energía eléctrica: Energía debida a interacciones entre cargas eléctricas.

Energía lumínica (o radiante): Energía asociada a la radiación electromagnética

(luz, ondas de radio...)

Energía nuclear: Energía asociada a la interacción entre las partículas

componentes del núcleo de los átomos.

 Transformaciones de energía, calor y trabajo:

 La cantidad de energía de un cierto tipo que posee un cuerpo puede variar

(aumentar o disminuir). Puede transformarse en otro tipo de energía del mismo cuerpo,

o en energía de otros cuerpos con los que interacciona. Lo más común es que ocurran

ambas cosas a la vez.

Ejemplos: Ventilador: Se trasforma energía eléctrica de los electrones

(disminuye) en energía cinética de las palas del ventilador y del aire (aumenta)

Frenada: Se transforma energía cinética del vehículo (disminuye) en energía

interna (aumenta) de las ruedas y del medio.

Caída libre sin rozamiento: Se transforma energía potencial gravitatoria

(disminuye) del cuerpo que cae en energía cinética del mismo cuerpo.

Transferencias de energía: Cuando interaccionan dos cuerpos, intercambian

energía (uno cede energía al otro). Eso se conoce como transferencia de energía.

Dependiendo de cómo se produzca dicha transferencia, dicho intercambio, hablaremos

de trabajo o de calor.

Trabajo: Transferencia de energía entre dos cuerpos realizada mediante un

desplazamiento. Se mide en Julios (J). Se produce al aplicar un cuerpo una fuerza sobre

otro. Dichas fuerzas realizarán trabajo positivo, negativo o nulo según vayan a favor, en

contra o perpendiculares al desplazamiento, respectivamente. Esto se resume en la

expresión W = F d cos"

Calor: Transferencia de energía debida a la diferencia de temperatura entre dos

cuerpos. El cuerpo de mayor temperatura cede energía al cuerpo de menor temperatura.

Esta cesión puede realizarse por conducción, convección o radiación. 

Conservación y degradación de la energía:

 Cuando estudiamos un cuerpo aislado, vemos que su energía total puede

aumentar o disminuir. Pero si estudiamos a la vez todos los cuerpos que han

interaccionado con él (el exterior), vemos que, si el cuerpo ha ganado energía, el

exterior ha perdido una cantidad idéntica; y viceversa, una pérdida de energía por parte

del cuerpo significa una ganancia igual por parte del exterior.

De hecho, si consiguiéramos aislar completamente el sistema material que

estamos estudiando (estará aislado sino interacciona con nada del exterior),

observaríamos que la cantidad total de energía permanece constante. Eso sí, puede que

haya habido una transformación de unos tipos de energía en otros, pero la cantidad total

permanece igual. A esto se le conoce como principio de conservación de la energía.

Degradación: Ya hemos visto que, si bien la cantidad total de energía de un

sistema aislado permanece constante, existirán transformaciones de unos tipos en otros

y transferencias entre unos cuerpos y otros.

No todos los tipos de energía son igualmente aprovechables. La energía eléctrica

es muy versátil, puede transformarse en otros mucho tipos. Tomemos como ejemplo un

motor. La energía eléctrica se transforma en energía cinética al girar el motor. Pero al

mismo tiempo una buena parte se transforma en energía interna (calentamiento) del

propio motor y del medio ambiente, debido al rozamiento. De hecho, si dejamos que el

motor se pare, el rozamiento hará que toda la energía inicial se transforme en energía

interna del medio. El problema es que esta energía interna del medio, aunque es

exactamente la misma cantidad que la energía eléctrica inicial, no podemos

aprovecharla casi en nada (como mucho en calentarnos un poco, pero en breves minutos

volverá a estar frío). Y esto sucede con cualquier sistema real que estudiemos.

Esto es lo que se conoce como degradación de la energía, y es un principio

fundamental de la Física.

ALGUNOS EJEMPLOS:

(Esta imagen representa la acción

que va a desarrollar el applet. Se trata

de un problema de caída libre,

considerando el valor de la aceleración

de la gravedad como 10 m/s2. El applet,

en primer lugar, pide los valores de

masa de la piedra y altura desde la que

se lanza, y a continuación va

mostrando, al tiempo que la piedra baja, los valores de energía cinética (Ec), energía

potencial gravitatoria (Epg) y energía mecánica (Em). Durante la caída será posible

detener el movimiento.)

 

(Esta imagen representa otro

applet que calcula las energías cinética,

potencial y mecánica de un cuerpo que

sube por una pendiente. Se pueden

incluir muchos parámetros, como masa,

velocidad inicial, pendiente, coeficiente

de rozamiento. Muestra los valores de

energías cinética, potencial y mecánica,

y también puede mostrar la pérdida de energía por rozamiento.)

2- Fuerzas conservativas y no conservativas:

Una fuerza es conservativa cuando el trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre los valores iniciales y final de una función que solo depende de las coordenadas. A dicha función se le denomina energía potencial.

A∫F⋅dr=EpA−EpB  Ep=Ep(x,y,z)

B

El trabajo de una fuerza conservativa no depende del camino seguido para ir del punto A al punto B.

El trabajo de una fuerza conservativa a lo largo de un camino cerrado es cero.∮F⋅dr=0

Ejemplo

Sobre una partícula actúa la fuerza F=2xyi+x2j N

Calcular el trabajo efectuado por la fuerza a lo largo del camino cerrado ABCA.

La curva AB es el tramo de parábola y=x2/3.

BC es el segmento de la recta que pasa por los puntos (0,1) y (3,3) y

CA es la porción del eje Y que va desde el origen al punto (0,1)

 

El trabajo infinitesimal dW es el producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento

dW=F·dr=(Fxi+Fyj)·(dxi+dyj)=Fxdx+Fydy

Las variables x e y se relacionan a través de la ecuación de la trayectoria y=f(x), y los desplazamientos infinitesimales dx y dy se relacionan a través de la interpretación geométrica de la derivada dy=f’(x)·dx. Donde f’(x) quiere decir, derivada de la función f(x) con respecto a x.

Vamos a calcular el trabajo en cada uno de los tramos y el trabajo total en el camino cerrado.

 

Tramo AB

Trayectoria y=x2/3, dy=(2/3)x·dx.

dW=Fxdx+Fydy=2xx23 dx+x2 2

3xdx=43x3dx

3

WAB=∫43x3dx=27 J

0

Tramo BC

La trayectoria es la recta que pasa por los puntos (0,1) y (3,3). Se trata de una recta de pendiente 2/3 y cuya ordenada en el origen es 1.

y=(2/3)x+1, dy=(2/3)·dx

dW=Fxdx+Fydy=2x(23x+1)dx+x2 2

3 dx=(2x2+2x)dx

3WBC=∫ (2x2+2x)dx=−27 J 0

Tramo CD

La trayectoria es la recta x=0, dx=0, La fuerza F=0 y por tanto, el trabajo WCA=0

El trabajo total

WABCA=WAB+WBC+WCA=27+(-27)+0=0

El peso es una fuerza conservativa

Calculemos el trabajo de la fuerza peso F=-mg j cuando el cuerpo se desplaza desde la posición A cuya ordenada es yA hasta la posición B cuya ordenada es yB.

B B B∫F⋅dr=∫ (−mgjˆ)⋅(dxiˆ+dyjˆ)=∫ −mgdy=mgyA−mgyBA A A

La energía potencial Ep correspondiente a la fuerza conservativa peso tiene la forma funcional

Ep=mgy+c

Donde c es una constante aditiva que nos permite establecer el nivel cero de la energía potencial.

La fuerza que ejerce un muelle es conservativa

Como vemos en la figura cuando un muelle se deforma x, ejerce una fuerza sobre la partícula proporcional a la deformación x y de signo contraria a ésta.

Para x>0, F=-kx

Para x<0, F=kx

El trabajo de esta fuerza es, cuando la partícula se desplaza desde la posición xA a la posición xB es

B B

∫F⋅dx=∫ −kxdx=12 kX2A−12kX2B

A A

La función energía potencial Ep correspondiente a la fuerza conservativa F vale

Ep(x)=12kX2+c

El nivel cero de energía potencial se establece del siguiente modo: cuando la deformación es cero x=0, el valor de la energía potencial se toma cero, Ep=0, de modo que la constante aditiva vale c=0.

F=−kx  Ep=12kX2

Fuerzas no conservativas

Un buen ejemplo de una fuerza no conservativa es la fuerza de rozamiento.

Cuando un cuerpo se mueve sobre una superficie real horizontal el trabajo ejecutado por

la fuerza que realiza el movimiento depende del camino seguido por el cuerpo entre los

puntos inicial y final del movimiento. Note que una parte de la energía aplicada como

trabajo mecánico al sistema se "pierde" por calentamiento debido al rozamiento por lo

que la transformación entre trabajo y energía cinética o energía potencial no es

completa.

Esta situación todos la tenemos en cuenta de manera intuitiva, y por ello a nadie

se le ocurre arrastrar un mueble de un lugar a otro en una habitación haciendo el viaje

en zig zag, nuestra preferencia siempre será moverlo en linea recta y así recorrer la

menor distancia posible y por tanto realizar el menor esfuerzo (equivalente a trabajo).

El ejemplo descrito nos permite definir una fuerza no conservativa como:

Una fuerza es no conservativa si el trabajo que se ejecuta sobre un objeto que se

mueve entre dos puntos dependerá de la ruta utilizada.

3- Energía potencial:

La energía potencial es el tipo de energía mecánica asociada a la posición o

configuración de un objeto. Podemos pensar en la energía potencial como la energía

almacenada en el objeto debido a su posición y que se puede transformar en energía

cinética o trabajo. El concepto energía potencial, U, se asocia con las llamadas fuerzas

conservadoras. Cuando una fuerza conservadora, como la fuerza de gravedad, actúa en

un sistema u objeto; la energía cinética ganada (o pérdida) por el sistema es compensada

por una pérdida (o ganancia) de una cantidad igual de energía potencial. Esto ocurre

según los elementos del sistema u objeto cambia de posición.

Una fuerza es conservadora si el trabajo realizado por ésta en un objeto es

independiente de la ruta que sigue el objeto en su desplazamiento entre dos puntos.

Otras fuerzas conservadoras son: la fuerza electrostática y la fuerza de restauración de

un resorte.

Considera una pelota cayendo. La fuerza de gravedad realiza trabajo en la pelota.

Como la dirección de la fuerza de gravedad es dirección del desplazamiento de la

pelota, el trabajo realizado por la gravedad es positivo. El que el trabajo sea positivo

significa que la energía cinética aumentará según la pelota cae. Es decir, la velocidad de

la pelota aumentará.

Según la energía cinética aumenta, la ganancia debe ser compensada por una

pérdida de una cantidad igual en energía potencial. Es decir, según la pelota cae, la

energía cinética aumenta mientras que la energía potencial disminuye.

Se define la energía potencial como:

U = mgh

Donde m es la masa del objeto, g es la aceleración de gravedad y h es la altura del

objeto. Así que según la pelota cae, su energía potencial disminuye por virtud de la

reducción en la altura.

Podemos definir la energía total de la pelota como la suma de la energía cinética y

la potencial.

ET = K + U

Como la energía permanece constante, entonces la energía total inicial es igual a

la energía total final.

ETi = ETf

Por lo que entonces la suma de la energía cinética inicial y la potencial inicial

debe ser igual a la suma de la energía cinética final y la energía potencial final.

Ki + Ui = Kf + Uf

O sea

½ mvi² + mghi = ½ mvf² + mghf

Considera un ciclista que intenta subir una cuesta sólo con el impulso. Según el

ciclista sube la cuesta, su velocidad irá disminuyendo, por lo que la energía cinética

disminuirá. La razón es que el trabajo realizado por la fuerza de gravedad en este caso

es negativo debido a que el desplazamiento es hacia la parte alta del plano, mientras que

el componente de la fuerza de gravedad que actúa en el ciclista es hacia la parte baja del

plano. Esta pérdida en energía cinética se compensa con un aumento en la energía

potencial. La altura aumentará hasta alcanzar aquella altura que le da una energía

potencial igual a la energía cinética del ciclista justo antes de comenzar a subir la cuesta.

Mientras más rápido vaya el ciclista al momento de comenzar a subir la cuesta, más alto

subirá.

En aplicaciones reales, este principio de transformación de energía cinética en

energía potencial puede verse afectado por la fuerza de fricción que ayuda a disipar

energía en forma de calor.

4- Sistemas conservativos una dimensión

Significa que si las fuerzas son conservativas, se conserva la energía mecánica del

sistema, es decir siempre si varia la energía la potencial, por ejemplo, entonces variara

la energía cinética del sistema, ya que en los sistemas conservativos la energía cinética

más la energía potencial permanece constante.

Ec + Ep = Em = cte

5- Conservación de la energía:

“LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA”Esta ley surgió en el sigloXVII, con la búsqueda de leyes que reflejaran la indestructibilidad del movimiento del universo, dela cual los científicos mecanicistas de entonces estaban profundamente convencidos. Así surgió –paralelamente al concepto de cantidad de movimiento-el concepto de energía cinética (La energía cinética es la energía que se encuentra asociada con el movimiento. Todos los cuerpos que se mueven poseen energía cinética. La energía cinética tiene como unidad el joule) conservación en colisiones elásticas. Posteriormente, conforme se identificaban otras formas de energía, el concepto se fue refinando y enriqueciendo: surgió la energía potencial como otra forma de energía mecánica, se reconoció el calor como una manifestación de energía; se investigaron las transformaciones de energía durante procesos químicos y biológicos... y se estableció que la suma total de todas estas formas de energía es constante: la energía, al igual que la materia, no se crean se destruye. En el presente siglo se ha encontrado que energía y materia son mutuamente convertibles, por lo que ahora decimos que el total de materia energía es constante.

Esta ley la enunció Huygens la cual constituye el primer principio de la termodinámica y afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. Dicho esto en resumen La ley de conservación de la energía expresa que "la energía no puede ser creada ni destruida. Puede transformarse de una forma a otra, pero la cantidad total de energía siempre permanece constante “La ley de conservación de la energía afirma que: 1.-No existe ni puede existir nada capaz de generar energía.2.-No existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energía.3.-Si se observa que la cantidad de energía varía siempre será posible atribuir dicha variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo o con el medio circundante

Energía cinética:

Es la energía asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de

la masa y de la velocidad del cuerpo. Ej.: El viento al mover las aspas de un molino.

La energía cinética, Ec, se mide en julios (J), la masa, m se mide en kilogramos (kg) y

la velocidad, v, en metros/segundo (m/s).

Relación de las telecomunicaciones y la física

Quizás la primera ley pertinente sea aquella enunciada por Parménides que hacía

referencia a la impenetrabilidad de la materia. En física esta ley nos dice que dos

cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio en el mismo momento. En el ámbito de la

convergencia digital, ello podría traducirse por que dos empresas bajo una misma marca

(percibida) no pueden ocupar de forma indefinida un mismo nicho de mercado.

Y es que la convergencia de redes pone cada vez más de manifiesto que el acceso

a servicios de comunicación es percibido por el cliente como una necesidad única, que

progresivamente quiere ser vista de forma independiente al tipo de red que provisiona el

servicio, sea esta fija, móvil o híbrida.

La segunda de las leyes nos acerca a la física cuántica. Los lectores de ciencias

recordarán como la ley de Planck nos decía que los saltos de los electrones de un orbital

a otro demandaban de una energía mínima que se medía en cuantos. Pues bien, en las

telecomunicaciones estamos asistiendo a algo similar, la concentración de las

operadoras tradicionales requieres de una dimensión económica mínima, que permita

adquisiciones o en el peor de los casos, una defensa adecuada. En este sentido el unir los

ingresos crecientes del móvil, con los decrecientes de la fija, produce un nivel

energético superior.

Para terminar no podemos olvidar a la gravedad. Y la gravedad en la convergencia

digital toma la forma de comunidades. Al agregar un volumen mayor de usuarios en

todos sus servicios, Telefónica está permitiendo el desarrollo de comunidades mayores.

Unas comunidades que correctamente articuladas pueden suponer una ventaja

competitiva imbatibles.

EJERCICIO EXPERIMENTAL

 

ANEXOS

Trabajo

Energía potencial

Fuerzas no conservativas

Potencia y energía

CONCLUSIÓN

El hombre, para satisfacer sus necesidades, debe realizar una serie de trabajos. A

través de la evolución de este, sus necesidades han cambiado, y por consiguiente, las

maneras de realizar estos trabajos. Sin duda, entonces, la energía y su dominio es

importantísima para la realización de estas tareas ya que sin ellas el ser humano no

sobreviviría. Entonces, el desarrollo de las tecnologías de dominio de las energías

determinará el futuro del hombre. Gracias a la realización de este trabajo hemos.

Aprendido sobre la importancia de la energía, trabajo su conocimiento y dominio

por parte del ser humano, para la satisfacción de las necesidades de este.

BIBLIOGRAFIA

www.buenastareas.com

www.fisicapractica.com

www.sc.ehu.es

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/cinetica.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Conservaci%C3%B3n_de_la_energ%C3%ADa

http://deconceptos.com/ciencias-naturales/energia