26
, · ENERGIA,TRABAJO y POTENCIA

Tjo y Energía0001

  • Upload
    28soles

  • View
    345

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Tjo y Energía0001

,· ENERGIA,TRABAJO

y POTENCIA

Page 2: Tjo y Energía0001

r .-

ENERGíA

Recordemos:

La energía es la capacidadque posee un sisterno para

producir determinadoscambios; en sí mismo o en otro sistema.

-la electricidad ----~.-ros cornbios químicos ~ l1\llltlDE

¡¡~m~im~mrJ-se relaciona con 'rlos reacciones nucleares ._~ -.. • .•

- - - - - - - - - --- - - - - tlOS propiedcdes mognéticos_ •••

"'--~.. ~. ~. ~- .-- -- .. --- .. _- ._. -. Lla altura .--.-. -_ .. ~ . ~ _

I

l

UN LDI\DES ..De: E

/e 6 S 5l~rl·E=-LA

~~

~,j ...'"'"'--. -

Page 3: Tjo y Energía0001

Cuando las pilas seconectan al Mp3,proporcionan energíaeléctrica para escucharmúsica.

¿QUE ES lA ti'!ERCiA I

¿DO"!DE LA ENCONTHMvl0S (

La energía

La energía es un componente fundamental de todo el Universo. Enciende lasluces de las ciudades, calienta las casas, pone en funcionamiento máquinas y moto-res, mueve los autos, comunica a las personas a través de teléfonos y computado-ras. Incluso, en la TIerra, la energía es la gran responsable de la vida.

Por eso la energía es uno de los conceptos más importantes en todas las cienciasy tecnologías. Muchos de los temas estudiados por la Biología, la Química, la Medi-cina, la Geografía, la Informática, la Astronomía la involucran; y la Física se ocupa deella de una manera especial y completa.

La palabra energía se usa cotidianamente. Los diarios anuncian nuevas medidaspara solucionar la crisis energética; algunas publicidades aseguran que con ciertosalimentos se comienza el día con más energía. A pesar de ser uno de los conceptoscientíficos más populares, es uno de los más difíciles de definir.

Si se recurre a un diccionario se pueden encontrar varias definiciones, incluso la quese utiliza en los libros de Física:"capacidad de un cuerpo para producir un trabajo". Peroestas definiciones no aclaran la idea, sino que la convierten en algo difícil de entender.Para comprender qué es, se puede pensar dónde hayy qué se puede hacer con ella.

Hay energía en los seres vivos, cosas, lugares; pero lo que realmente interesa sonsus efectos, cuando algo sucede.

El Sol, los alimentos, las pilas, la nafta, poseen energía. Si la trasmiten a otroscuerpos, producen cambios en ellos. Para que las cosas sucedan se debe transmitiro transformar energía. Se puede decir entonces que la energía es una propiedad ocaracterística de los objetos que les permite transformar, es decir, producir cambiosy modificaciones en otros cuerpos, incluso en sí mismos.

/ .~ _.,

~~--------------------------------------~.Encuesta sobre la energíaRealicen una encuesta a sus padres, hermanos yfamiliares. Pregunten si saben qué es la energía.1. A partir del resultado obtenido, expliquen porqué es el concepto cíentífíco más popular.2. Analicen cada una de las definiciones deenergía que les dieron, teniendo en cuenta:

50 I capítulo 3 ILa energía

a. ¿cuántos pudieron responder rápidamente?;b. ¿cuántas respuestas la definen sin nombrarobjetos que la contengan?3. Escriban un informe sobre la encuestarealizada, con el análisis de las respuestas y laconclusión a la qué llegaron.

Page 4: Tjo y Energía0001

la energía se puede medirUna pila tiene menos energía que una batería de auto. Hay cuerpos o siste-

mas que tienen más o menos energía que otros, o que pueden transmitir mayoreso menores cantidades de energía. Si bien los procesos para medir la energía sonvariados e indirectos, es decir que se calculan a partir de la medición de otras mag-nitudes, se pueden determinar distintas cantidades de energía. Para ello es necesa-rio establecer una unidad de medición.

En el SIMELA la energía se mide en joule (J), en honor al físico inglés James Joule(1818-1889).

Un joule (1J) es la energía necesaria paralevantar un paquete de 100 g desde el pisohasta una mesa (de aproximadamente 1mde altura). Para levantar un paquete de 1kg(por ejemplo de azúcar) hasta la misma altu-ra, se necesitan 1OJde energía.

PotenciaLos cuerpos, además de intercambiar o

transformar distintas cantidades de energía,también pueden hacerla con mayor o menorrapidez. Si se encienden una plancha y unalamparita durante el mismo tiempo, la plan-cha transforma mucha más energía eléctricaque la lamparita, ya que intercambia grandescantidades de energía en poco tiempo. La rapidez con q-ue se realizan las transfor-maciones muchas veces es más importante que la cantidad de energía puesta enjuego.

La potencia es una magnitud que expresa la rapidez con que se realiza un inter-cambio de energía. Indica la cantidad de energía intercambiada por intervalo detiempo. El intervalo de tiempo es la unidad de tiempo, es decir 1 segundo. Por lotanto, la potencia indica la cantidad de energía intercambiada por segundo.

La unidad de medición de potencia es el watt (W), en honor al matemático eingeniero escocés, James Watt (1736-1819).

Un cuerpo con una potencia de 1W, intercambia 1Jde energía en 1 segundo.Si se levanta el paquete de 100 g en 1 segundo, se realizó ese trabajo con una

potencia de 1W, en cambio si se realiza en medio segundo, la potencia es de 2W.

Otras ramas de las

ciencias e incluso

especialidades de la Física.

emplean otras unidades de

energía.

; La caloría (cal), se uriliza

en el estudio de fenómenos

térmicos (1 cal equivale a

4,18J).

i Las compañías de energía

eléctrica usan e! kilowatt-

hora (kw-h), para indicar

la cantidad de energía

utilizada (1 kw-h equivale a

3.600.000 J).

I En la industria de

refrigeración se usa también

la frigoría (equivalente a

absorber o quitar 1 cal) y

la BTU (Unidad Térmica

Británica).

1En la física nuclear se usa

el electrón-volt, ya que las

cantidades de energía que se

emplean son muy pequeñas

para medirlas en J.

I En Biología, alimentación,

nutrición y calefacción se

usa la caloría grande: Cal,

que es 1.000 cal.

..--------------------------------------------------------------------~~Cantidad de energía1..Busquen en distintos paquetes de alimentosla información nntricional y anoten laenerqíaque aporta al cuerpo (si se índícapor 100g deproducto calculen la energía total del alimento);luego expresen ese dato en joule,2. Pidan las facturas del servicio eléctrico de 3 o4 periodos de sus casas y busquen la información

que indica la cantidad de energía eléctricaempleada. ¿Hay diferencia entre los meses deverano y los del invierno? ¿A qué se debe?3. Busquen en la información que los acompaña,la potencia de varios electrodomésticos. Conesos datos analicen qué artefactos convienetener menos tiempo encendidos para disminuirel consumo de energía eléctrica.

51

Page 5: Tjo y Energía0001

¿De dónde viene la energía?Cada persona, desde que se levanta hasta que se acuesta, usa grandes y distin-

tas cantidades de energía. Ésta proviene de varias fuentes.la energía que se necesita para vivir se obtiene de los alimentos que se consumen.la energía de la nafta, el gasoil u otros combustibles proviene del petróleo.la energía que se emplea para calefaccionar o cocinar puede provenir del gas natural.la energía eléctrica que se usa en las casas se puede generar en las centrales

hidroeléctricas a partir de la energía del movimiento del agua.El petróleo, el gas, los alimentos, las corrientes de agua, son algunas de las fuen-

tes de energía. Son cuerpos con grandes cantidades de energía que puede sertransmitida a otros cuerpos para muchas finalidades.

Algunas de ellas son renovables, es decir que se pueden aprovechar sin que seacaben. Otras son no renovables, y a medida que se las usa, se agotan las reservasque hay en nuestro planeta.

~ GlosarioFusión: es el proceso en elcual dos núcleos atómicoslivianos se unen y formanotro más pesado.

Fisión; en este proceso serompe un núcleo pesado yda como resultado dos máslivianos.

52 I Capítulo 3 I La energía -e,

Fuentes de energía renovables:I solar: nos llega directamente por la radiación del Sol;I biomasa: surge de la fermentación y combustión de sustancias orgánicas;I geotérmica: proveniente de las grandes reservas térmicas en el interior de laTierra;Ihidráulica: aprovechada a partir del movimiento del'aqua:I eólica: obtenida por el movimiento del aire;I mareomotriz: provocada por los movimientos de las mareas.

Fuentes de energía no renovables

I petróleo }I carbón se los llama combustibles fósiles, porque se originaron de los restosI gas natural de plantas y animales que vivieron en la Tierra hace millones de años;

I nuclear: se obtiene en las reacciones de fusión y fisión de los núcleos atómicos.De todas estas fuentes, la más importante es la solar. No sólo porque proporciona

la mayor cantidad de energía, sino porque casi todas las otras derivan de ella. Las úni-cas fuentes de energía que no derivan de la solar son la geotérmica, la mareomotrizy la nuclear.

Page 6: Tjo y Energía0001

.tui.•"ei"~~¡:9

El Sol brinda su energíaSe supone que la vida en la Tierra no existiría sin el Sol;

considerado fuente de vida y la principal fuente de ener-gía del planeta.

Es un gran reactor nuclear; en su interior se produ-ce un tipo de reacción llamada fusión nuclear. Comoproducto de esta reacción se liberan grandes cantida-des de energía que, a través del espacio, llegan a nues-tro planeta.

Cuando esa energía llega a la atmósfera, parte se reflejayvuelve al espacio, pero cerca del 70% se retracta y penetra enella. Más de la mitad de toda esa energía es absorbida por laTierrapara luego ser emitida por radiación. Elresto es la que realmente se emplea para lamayoría de las actividades cotidianas que se realizan.

-,' ,- . o(-.~, - >~ ',-:- ,

- Lo~;r~rÓjeS~~Bu~h~~<Aire# p()seE!nl,lha·;\·· ...•.:

..ceid~fbt~voltái¿~ ', .--.;~~~Jrae~~~r;..

En el interior del Sol,los núcleos atómicos

de hidrógeno seunen y formannúcleos atómicosde helio; generanasí grandes -cantidades de

energía .

¡---J. GlosarioRefracción: es ladesviaciónque seproduce en la direcciónen la que sepropaga la luzo cualquier otra radiaciónelectromagnética, cuandocambia el medio por el que setransmite.

Por ejemplo, cuando la energía del Sol evapora el agua de los ríos y mares, ofusiona los hielos, genera el ciclo del agua, que entre otras cosas se transforma enenergía de movimiento. Elaprovechamiento de ésta es la energía hidráulica.

Cuando se calienta el aire de la atmósfera, provoca su movimiento, es decir elviento. Se origina así la energía eólica, que se puede utilizar con diversos fines.

Aunque en una muy pequeña proporción, la energía solar permite el proceso defotosíntesis en las plantas que son los únicos seres vivos que, gracias a este proceso,pueden transformar la energía solar en energía química. Luego, los distintos integran-tes de lastramas tróficas se transmiten esta energía química de unos a otros. Finalmentelos restos de plantas y animales muertos devuelven a latierra los minerales y sales. Lastramas tróficas parten de laenergía solar. Energía solar

Laradiación solar también puede ser usada de forma no convencional. Relean la descripción deLoscolectores solares son espejos curvos que concentran la radiación y permi- la trama trófica y luego

ten calentar grandes depósitos de agua para consumo doméstico, ya sea calefac- expliquen por qué lación o generaCión de energía eléctrica. energía det petróleo y

-Las celdas fotovoltaicas transforman la rad'ii:ldón solar en energía eléctrica,··--tosdemás combustiblesmediante un proceso llamado efecto fotoeléctrico. fósiles proviene de la

energía solar.

..-------------~

53

Page 7: Tjo y Energía0001

¿ Glosario(inética: proviene delgriego kinetikós, quesignifica "que mueve'; ykinesis "rnovírniento"

Potencial: fuerza o poderdisponible; que puedesuceder o existir.

Cuando se lleva el autitoa fricción hacia atrás,se enrolla una espiral, yadquiere energía potencialelástica; al soltarlo, selibera y la energía elásticase transforma en energíacinética.

54 I Capítulo 3 [La energía

la energía se presenta en varias formas

La energía se obtiene de varias fuentes, se presenta de muchas maneras y sepuede usar para fines muy diversos. Esto hace que existan distintos criterios paraclasificarla. Por ejemplo, si se tiene en cuenta de dónde se obtiene, se divide enrenovable o no renovable.

A medida que la ciencia se ocupó formalmente de la energía, los físicos se dieroncuenta de que algunos tipos se debían a las mismas causas, o que se manifestabande maneras similares, y por lo tanto podían ser explicados con los mismos modelos.Esto llevó a una clasificación de dos formas de energía: cinética y potencial.

Energía cinéticaTodo cuerpo posee energía debido a su movimiento y se la denomina energía

cinética. La energía eólica es energía cinética del aire; la hidráulica y la rnareomo-trlz, del agua. Un auto tiene energía cinética mientras se mueve.

Esta energía, entre otras cosas, depende de la velocidad del cuerpo. Para un mis-mo cuerpo, a mayor velocidad, mayor será su energía cinética.

Se puede transferir a otros cuerpos en un choque, modificando su forma o velo-cidad. En el juego de pool, cuando una bola en movimiento choca a otra que estáquieta, le puede transmitir parte de su energía cinética, y hace que se mueva; modi-frcando su velocidad.

Energía potencialEn un sentido más general, se llama energía potencial a la que se almacena en

un cuerpo en espera de ser utilizada en algún momento posterior. Los alimentostienen energía que se puede liberar en el interior del cuerpo; un libro en un estan-te tiene energía que puede devenir en energía cinética cuando se lo deja caer; unresorte comprimido almacena energía que se liberará cuando se lo suelta. Todas

ellas son energías almacenadas en distintos cuerpos debido a la posición enque se encuentran.

En la energía potencial, se pueden distinguir los siguientes tipos.I Elástica: esla energía que pueden almacenar los elásticos y resortes

cuando se los comprime o estira; al soltarlos se transformará en energíacinética y se podrá utilizar para algún trabajo. La energía elástica se relaciona

. con la deformación (estiramiento o compresión) del cuerpo.

Page 8: Tjo y Energía0001

I Química: los alimentos, los combustibles, las pilas tie-nen energía de posición, pero a escala microscópica; cuandose realiza una transformación química en el cuerpo, esta energíase hace disponible. Todos los cuerpos que pueden entregar energía mediante lacombustión poseen energía química.

I Eléctrica: es la energía que se transmite a través de la corriente eléctrica. Laenergía eléctrica se debe a la posición de las cargas eléctricas. Cuando se enchufaun artefacto eléctrico, la energía eléctrica se transmite a través de la corriente, y setransforma en movimiento, luz, calor, sonido, o alguna otra forma de energía.

Otras formas de energíaI Nuclear: la energía nuclear proviene de las transformaciones producidas en el

núcleo atómico. Algunos núcleos atómicos sufren transformaciones espontáneasen las que emiten grandes cantidades de energía. Son núcleos radiactivos. Muchasveces estas transformaciones son provocadas para utilizar la energía liberada. Tantola fusión como la fisión nuclear liberan grandes cantidades de energía que se pue-den utilizar para generar energía eléctrica, como también para aplicaciones medici-nales y tecnológicas.

linterna: las partículas que forman una sustancia están en movimiento cons-tante, es decir tienen energía cinética. La energía cinética total de las partículasque forman un cuerpo se llama energía interna. Este concepto también se refierea una energía a nivel microscópico, pero como comprende a todas las partículasque lo forman, es una característica de todo el cuerpo.

Esta energía está relacionada con la temperatura de un cuerpo y, por lo tanto,muchas veces es también llamada energía térmica.

Los librosubicados en

el estante másalto tienen más

energía potencialgravitatoria debido

a que su mayor alturarespecto del suelo.

Laenergía químicadel gas se libera con lacombustión, y permiteaumentar la energíainterna de la leche.

~.---------------------------------------~Tipos de energíap. un chocolate;1. Indiquen en cada casoq~etipo/sdeenergí.M~.:.):.uha pelota, quepasa por arriba del arco;hay en: . "'""' .. : 'd. una lamparlta encendida¡4. una pelota rodando por el piso; Él. una bandita elástíca estirada.

55

Page 9: Tjo y Energía0001

t----·----------··--·¡

~ G1QsarioPrincipios: son enunciadoscientíficos, que nose deducen de otrosenunciados o teorías, sinoque son válidos porquela naturaleza muestraque es así; no se explican,sino que se compruebanexperimentalmente.

Transformación

--Estado inicial

56 I Capítulo 3 ILa energía

la energía se conservaDesde la antigüedad, los seres humanos utilizan la energía para realizar todo

tipo de actividades. Cada día encienden las luces, ponen en funcionamiento la radioy el televisor, se trasladan en autos y colectivos, calefaccionan o refrigeran las casas,encienden motores y maquinarias de las fábricas para realizar los trabajos, se comu-nican por teléfonos y computadoras. Desde que se originó el universo se transformaenergía, y el aumento poblacional y los avances tecnológicos hacen que esas can-tidades de energía que se usan sean cada vez mayores. Entonces, ¿hasta cuándo sepodrá seguir usando la energía? ¿Seacabará en algún momento? ¿Cuándo? ¿Cuántaenergía hay enel Universo?

El estudio de las transformaciones de la energía permitió comprobar que la can-tidad de energía al comienzo de un proceso es igual a la cantidad total al final, siem-pre que el sistema esté cerrado. La energía se transforma sin pérdida ni ganancianeta, se conserva.

Esto significa que la cantidad total de energía es siempre la misma. En ningu-na situación estudiada, cambia. Puede cambiar de forma o de cuerpos, pero

el balance total es constante.Esta propiedad de la energía se conoce como el Principio de Conser-

vación o Primera Ley de la Termodinámica, y rige todos los fenómenosde la naturaleza, desde los atómicos hasta las galaxias más grandes.

Es uno de los principios fundamentales de la Física, ya que permiteresolver infinidad de problemas. Incluso, cuando los científicos encuen-tran una transformación en la que el resultado de la cantidad totalde energía es menor que la inicial, buscan en qué otro cuerpo puedeencontrarse. De la misma manera, si hay un exceso de energía al final,

es seguro que en ese proceso intervino algún cuerpo que no se tuvo en cuentapero entregó parte de su energía, porque se sabe que es imposible que la energíaaumente o disminuya.

La manera de expresarlo matemáticamente es que en una transformación, lavariación o el cambio en la cantidad de energía es cero, es decir, luego de un proce-so en el que no se agregó ni quitó energía, no sobra ni falta, sino que la cantidad esla misma, no varió.

Estado final

En términos de variación se expresa:

Por ejemplo, si se enciende durante 10 minutos una lamparita de 60 W, utiliza36.000 J de energía eléctrica, transformando 11.000 J en luz y 25.000 J en energíainterna o térmica del filamento y la bombilla.

La energía final es la suma de la energía en forma de luz más la energía térmicade lalamparita:

Page 10: Tjo y Energía0001

Entonces la variación de energía es:

o, lo que es lo mismo:

Es decir que, si en un sistema los cuerpos solo intercambian energía entre sí, laenergía total es constante y no hay variación.

Si el sistema de cuerpos intercambia energía con otros cuerpos exteriores puedevariar su cantidad de energía.

Por ejemplo, si un sistema recibe 10 J de cualquier tipo de energía y entrega 8 J,este sistema aumentó su energía interna en 2 J. Si en cambio recibe 10 J y entrega 12 J,habrá disminuido su energía interna en 2 J.

2&/'Variación: determina el

cambio de una magnituddurante un proceso.Matemáticamente se calculahaciendo la diferencia entrelos estados final e inicial delproceso, es decir:Variación =valorfinal de lamagnitud - valor inicial de lamagnitud.

/

36.000J

Durante la primera mitad del siglo XVIII,varios científicos habían sugerido el Principio de la Conservación

de la energía, entre ellos Julius Robert Mayer (Alemania, 1814-1878). Pero su enunciado, en 1847, se

adjudica a James Prescott Joule (Inglaterra, 1818-1889), entre otras cosas por la simpleza de sus

experiencias. Esteempresario de la industria cervecera fue uno de los más notables físicos de su

época. Realizó investigaciones en electricidad y termodinámica. Estudió la naturaleza del calor

y descubrió su relación con el trabajo mecánico. Esto le permitió plantear la equivalencia entre

las unidades caloría y joule, y la teoría de la Conservación de la energía. Por sus trabajos recibió

muchos honores de universidades y sociedades científicas de todo el mundo.

James PrescottJoule

..------------------------------------------------------------------------------~Transformaciones de la energíaCuando se cae un libro desde un estante, la energíapotencial gravitatoria que tema por estar a ciertaaltura-seva transformando en energía cinética. Amedida que se acerca al piso, su energía potencialdisminuye y su energía cinética aumenta, en loque el valor total se mantiene constante. Pero

cuando choca contra el piso, y queda tirado, yano tiene energía potencial gravitatoria (está enel suelo) ni energía cinética (está quieto), por lotanto su energía vale cero. ¿Dejó de cumplirse elprincipio de conservación de la energía? ¿Cómo loexplican?

57

Page 11: Tjo y Energía0001

La de~Jrc¡dación es una

forme muy sencilla de

explicar el 2D Principio de

ia Termodinámica. En la

prirnera mitad del siglo

)(!)( Rudolf Clausiu, ("¡ 822··1838), Nicoias Sacli Carnot

(1796 -¡ 832) Y Lord Kelvin

CI824 - .¡ 907), lo enunciaron

de maneras diferentes

pero equivalentes; luego,

durante la eguncia mitad

del siglo XIX!a Segunda Ley

de la Termodinámica fue

enunciada de un modo más

general, como una nueva

variable llamada Entropía.

~ GlosarioDegradar: reducir odesgastar las cualidadesde algo.

58 I Cápitulo 3 1La energía

La energía se degrada

En cada transformación de energía, se pueden obtener nuevas formas de energíao transmitirla de un cuerpo a otro manteniendo constante su cantidad. Sin embargo,los gobiernos discuten y acuerdan estrategias para disminuir el consumo de energía ysolucionar la crisis energética, y los científicos buscan la manera de encontrar nuevasenergías alternativas o mejorar el rendimiento energético. Si la cantidad de energía essiempre la misma, ¿aqué se debe la crisis energética mundial? ¿Por qué preocupa lacantidad de petróleo que queda en la Tierra? ¿No se puede volver a utilizar la energíaobtenida de los combustibles fósiles? ¿Por qué en lugar de buscar nuevas formas deenergía, los científicos no buscan la manera de reutilizar la energía?

Las respuestas a estas preguntas se obtienen de otro principio que rige las trans-formaciones de energía.

En el ejemplo del nadador que se deja caer del trampolín, su energía potencialgravitatoria se transforma en energía cinética, cumpliendo con el principio de con-servación. Se puede pensar que la energía potencial se usó en la caída del atleta.Una vez que se sumergió en el agua y queda flotando en la superficie, esa energíase transformó en energía cinética del agua, por que el impacto aumentó un poco sutemperatura aumentando su energía interna, y también hubo ruido que se trans-mite en el aire. Nuevamente, la suma de todas las energías dará el mismo resulta-do que la energía que había al comienzo, pero esta vez no se puede utilizar pararealizar ningún otro cambio. El aumento de la energía interna y cinética del aguano logrará transferirse nuevamente al nadador, devolviéndole su energía cinética, ymucho menos transformar nuevamente en energía potencial. La cantidad de ener-gía se conserva en el sistema pero no sirve para lo mismo.

De esto surge el segundo principio que rige las transformaciones de energía. Encada proceso, se conserva la cantidad de energía, pero no su calidad. Cada vez quese produce una transformación de energía, esta se degrada, es decir que se con-vierte en formas menos útiles.

/

Page 12: Tjo y Energía0001

La energía más concentrada o utilizable está más organizada, mientras que laenergía no utilizable es menos organizada. Por lo tanto, siempre, la energía pasaespontáneamente de un estado más ordenado a otro estado de mayor desor-den, es decir, se degrada.

Por ejemplo, cuando se enciende una caldera, la energía química del gasse puede utilizar para aumentar la energía interna del agua, pero tambiénhay una parte que calienta las paredes de la caldera y el aire que las rodea,variando su energía interna. Esta última no podrá ser utilizada para otra trans-formación. La energía interna del agua se podrá utilizar para otro fin (comocalefaccionar una casa a través de sistemas de radiadores) pero no será posibleaprovecharla para un trabajo igual al que podía hacerse con la energía química delgas, porque se ha degradado.

Además, en todo proceso, hay una parte de la energía que se pierde o disipa enforma de energía interna del aire o de los objetos abarcados. Esaforma de energíatampoco es aprovechable. La energía interna del aire y del ambiente es la formamás desorganizada de energía, que no puede volver a utilizarse.

Aunque la disipación puede reducirse, es decir que se puede disminuir la canti-dad de energía que se transforme en energía interna del aire y de los objetos, siem-pre hay una parte de la energía que se degrada, y esto no se puede evitar.

Olt)',/

Muerte térmica del universoLa crisis de energía no se debe al consumo, sino a su disipación y degradación.

Probablemente, la cantidad de energía total del universo sea constante, pero comolas energías ordenadas se convierten permanentemente en energías menos con-centradas, una gran parte de la energía nunca se recupera.

Como resultado de este proceso natural, con el tiempo (probablemente millo-nes de años), toda la energía del universo habrá pasado al estado de máximo des-orden; toda la energía se habrá degradado, y no habrá energía útil disponible quepermita realizar nuevas transformaciones. Y si no hay energía que pueda transfor-marse o transmitirse, no habrá posibilidad de cambios. Esta suposición o prediccióncientífica se conoce como muerte térmica del Universo, ya que pronostica una cri-sis final, imposible de superar. La cantidad de energía será la misma, pero su calidadno le permitirá realizar ningún trabajo ni actividad.

Caldera industrial.

¡GlosarioDisipar: desperdigar,malgastar; desvanecer.

Todos los artefactos

eléctricos disipan energía

cuando se les aumenta la

energía interna. Engeneral

esa pérdida es grande y

nunca es menor del 700/0. /

-.------41Degradación de laenergíaRevisen la actividad de lapáginaS7 y respóndanlateniendo en cuenta ladegradación de la energía.

59

Page 13: Tjo y Energía0001

GlosmioSistema: cuerpo o conjuntode cuerpos que se analizano estudian; puede sercualquier porción delUniverso que se aíslasegún las necesidades delproblema. Para estudiarlo,se lo separa del entorno, enforma real o imaginaria.

la energía puede pasar de un sistema a otro

Para realizar cualquier actividad en la casa se necesita energía, que proviene devarias fuentes y es de varios tipos. ¿Cuáles son las fuentes de energía de sus casas?¿Qué sucede con esas energías? ¿De dónde vienen y hacia dónde van?

La energía, como característica o propiedad de algunos cuerpos, puede almace-narse, transformarse o transferirse.

Mientras se mantiene sin cambios dentro del mismo cuerpo, se la almacena,para ser usada en otro momento. Esel caso de la energía química que se almacenaen una pila o batería, en los combustibles y en los alimentos.

Pero la verdadera utilidad de la energía que posee un cuerpo es que puede pro-ducir cambios en otro cuerpo o en sí mismo. Ypara ello es necesario que se transfor-me o se transfiera. Para que las cosas sucedan, la energía debe transformase de untipo a otro, o transferirse de un cuerpo a otro.

La energía se transforma cuando cambia de una forma de manifestarse a otra.Por ejemplo, la combustión de los alimentos permite que la energía química setransforme en energía cinética y térmica dentro del cuerpo humano,

En este caso, la energía se transformó dentro del objeto, pero también puedetransformarse cuando pasa de un cuerpo a otro.

La energía se transfiere cuando pasa de un cuerpo o sistema a otro. Este inter-cambio de energía entre los cuerpos o sistemas es una de las propiedades másimportantes de la energía, ya que es la que permite modificar a otros cuerpos.

~--------------------------------------~.En los siguientes ejemplos.1. ¿De qué manera se produce el intercambio de energía en cada caso?2. ¿Cómo se realiza la transferencia de energía de uno de los cuerpos al otro?3. ¿Hay una manera particular de transmitir cada forma de energía?

I

60 I capítulo 3 I La energía

Page 14: Tjo y Energía0001

Después de un rato de encender la estufa, se modifica la temperatura de lahabitación. La estufa caliente entregando energía al aire y a los otros cuerpos dela habitación, aumenta su energía interna. Hay un intercambio de energía entre laestufa y el ambiente, de modo que la cantidad de energía entregada por la estufaes igual a la energía recibida por el ambiente.

El control remoto envía señales al televisor para cambiar de canal, modificar elvolumen o las características de la imagen. La señal que emite el control remotointercambia energía entre éste y el televisor.

En todos estos ejemplos, uno de los cuerpos o sistemas le entrega parte de suenergía a otro, de modo que se produzcan modificaciones en él.

Si bien hay muchas formas o tipos de energía, hay sólo tres maneras de trans-mitirla de un cuerpo a otro.

El jugador de básquet ejerció fuerza sobre la pelota para entregarle energía.Cuando la transferencia de energía se realiza aplicando fuerzas, se denominatrabajo.

En el ejemplo de la sartén, la transferencia de energía se produjo al poner encontacto dos cuerpos que estaban a diferentes temperaturas. Esta forma de trans-mitir energía se llama calor.

En el último caso, las ondas infrarrojas del control remoto transmitieron laenergía hasta el televisor. La radiación es la forma de transmitir energía a travésde ondas electromagnéticas.

En general, en la vida diaria, la transferencia de energía se produce por las doso las tres formas simultáneamente, como en el caso de la estufa infrarroja. Por unlado, la estufa está a una temperatura mucho más alta que el ambiente, y por lo tan-to le transmite energía en forma de calor; pero, además, es una fuente de emisiónde ondas infrarrojas, por lo que también transmite enerqía R9r ra.di,aci9n a todos los

objetos.que hay en la habltadón. .·~?'IW'22)c~. -:;..•.~!::~.-i.;'.-:- ',~ .

Estufa infraroja.

Elcontrol remototransmite ondas altelevisor.

/

. 41En la hetadera¿Cuando se coloca unalimento en la heladerase produce intercambiode energía? ¿De quémanera?

.~

61

Page 15: Tjo y Energía0001

IEVALUACION CONCEPTUAL DE ENERGI~

Desde el suelo, se lanza un proyectil de 20g hacia arriba con una velocidad de 60m/s, yuna E de 360J

1) Hacer un dibujo de la situación planteada con los datos ubicadosen él.

2)a.- ¿qué tipo de E tiene al ser lanzado? Justificarb.- ¿de qué depende esa E? justificarc.- ¿Porqué el proyectil tiene E? justificard.- Si la masa del cuerpo disminuyera a la mitad, manteniendo lavelocidad, cuál sería el valor de la E al ser lanzado:

360J720J?180J?No se puede conocer

(Marcar la respuesta correcta y

justificar)3) ¿Qué valor de Energía Mecánica tiene al inicio del movimiento? Y

al llegar a la altura máxima? Justificar4) Escribir los datos del problema presentado, e indicar las

,.unidades que deberían tener para que la Energía resulte en:

a.Jb. ergc. Kgm~

5) a) ¿Cuál será la É qué tendrá el proyectil en la altura máxima?Justificar

b) ¿De qué depende esa E? justificarc) Si la masa del cuerpo fuera el doble, como influiría en el

valor de esta energía? Justificar6) Dar dos ejemplos de cuerpos que tengan Energía Potencialgravitatoria. Justificarlos7) ¿En qué punto ese proyectil tiene EM máxima y en qué punto la EMes nula Justificar

Page 16: Tjo y Energía0001

·.,.,a~~..•.~~.';fr,.f8

~~

~

¡¡¡¡;-t

~~::~~'5.I

~;)

~t¡,;¡¡-

Nombre _---.:..--------------. Fecha ,

,,' ~Conse~vacián de-la.energía1. Llena los espacios en blanco para los .. ,sistemas que se muestran.

(J= 90 km/h

EC = _ - - - - --(f = 60 km/h

EC=--- •• ••(f:: 30 km/h

" EC =106J

EP:: 15000JEC= O

EP= 11250JEC=

.,I EP= 7500 J

EC=•• _ •

EP:: 3750"J"EC=_.__ -

~"",La ECy la EPde un bloque que resbala libremente por una rampa se indican err'uo::;010 lugar del esquema. Escribe los valores que faltan.

EP=30J ~~~~.~0-16'~

!~

! •• ~,

EP=O', ":]

\\ .;,:)". EP:104J

\\t.t."' .

V

EP :: O~ EC = 75 J

b-__-======-==--==--------------------~

" (

(

~

~.

4tt.

~

~

~

@

~

·@l.~

.~

"I;-(ft~~

~.

~

Page 17: Tjo y Energía0001

EJERCICIOS DE ENERGÍA1) Un cuerpo que posee 20 utm se halla a 10m de altura.a) .¿Cuál es su EC y Epg al principio de la caída? (1960kgm)b) ¿Cuánto vale su Epg a 5m de altura? Justificar ( 980 kgm)c) """" al llegar al suelo? Justificard) ¿Cómo varió su EC en la caída? Justificar.

-+-2) Un vehículo pesa 980 kg Y marcha a 72km/h.a) ¿Qué energía tiene? ¿Por qué?b) ¿Cuánta energía tiene? (20000 kgm)c) Si la velocidad aumenta el doble, zcómo varía su energía? Justificar.

3) Un cuerpo de 20kg es lanzado hacia arriba con una velocidad de 10m/sa) ¿Cuánta energía tiene al iniciar el movimiento? (1000l)b) ¿Cómo varía esa energía durante la subida? Justificarc) ¿Qué energía tiene al llegar a la altura máxima? Just.d) Si la masa aumenta el doble zvaría su Ecinicial? Just.

5) Un cuerpo de 1l00kg se mueve a 72km/h. en otro instante va a 10m/s:a) ¿Qué energía tiene en cada instante?b) ¿Cuál es su valor? (220.000 l Y SS.OOOl)c)¿Qué movimiento tiene el cuerpo? Just.d) Según las leyes de Newton équé se debe la variación de energía?

6) Una pelota de 250g se deja caer al suelo desde 2metros de altura:a)Calcular la Epg antes de caer (4,9l )b)Calcular cuanto tiempo tarda en caer. (0,64seg)

c)Calcúlar la velocidad final al llegar al suelo (6,27 m/seg)d)Calcular la EC cuando llega al suelo ( 4,9l)e)Comparar los resultados a y d para elaborar una conclusión

7) ¿Con qué EC llega al suelo un cuerpo de 20kg que cae de 10m de altura?Justificar (1960J)

8) Un cuerpo se desplaza con una EC inicial de SOkgm. Se le aplica una fuerzaque lo lleva a tener una EC final de 1960OJ. ¿Frenó o aceleró? Justificar.

9) Un cuerpo de 100kgf es lanzado hacia arriba con una energía de 49OJ.a)¿Cuánto vale su Epg al llegar a su hmáx? Just.

b)¿ Cuál es su hmáxima? (O,Sm)

10) Un cuerpo que se mueve a 72km/h, tiene una E de 2000kgm. ¿Cuál es sumasa?' (10 utm)

11) Calcular la energía de una maceta de 1,2 kgf que se encuentra en uncuarto piso (entre dos pisos consecutivos hay 3m) (14,4 kgm)

12) Un cajón de 13kgf se encuentra en un balcón a 15m del sueloa)Cuál es su Energía en ese lugar? (195 kgm)b) Si se cae, cuál es su energía a un metro de tocar el suelo? (Ep= 13 kgm yEc= 182 kgm)c)¿Con qué velocidad toca el suelo? (17,18 m/seg)

lq5

Page 18: Tjo y Energía0001

62 ¡,capítulo 3 I La energía ~

Eltrabajo mecánico

A pesar de que empujar con mucha fuerza,esta mujer no logra mover el mueblecargado.

En todos estos ejemplos algún cuerpo ejerce fuerza sobre otro, sin embargo, noen todos se realizó una transferencia de energía por trabajo. ¿Porqué? ¿Encuáles serealizó trabajo y en cuáles no? ¿Qué sistema modificó a otro?

Veamos cada uno de los casos. Ellevantador de pesas modificó la posición delas pesas; el superhéroe al frenar el tren modificó su velocidad; la grúa modificó laaltura y estado de movimiento de la carga; el árbol modificó la velocidad y la formadel auto. Para poder modificarlos necesitaron transferirles energía. Esaenergía fuetransmitida a través de la fuerza aplicada.

En los otros casos, a pesar de haber aplicado fuerzas, éstas no produjeronmodificaciones en los otros cuerpos. El mueble o las bolsas de la señora no cam-biaron su posición, ni su velocidad, ni su forma. En estos casos no hubo transfe-rencia de energía.

Cuando la transferencia de energía se produce aplicando fuerzas se llama tra-bajo como se indica en el gráfico de la página 61.

La energía intercambiada se mide en la misma unidad de energía, es decir enJ (joule).

Para simbolizar el trabajo se utiliza la letra L (mayúscula) inicial de la formalatina laborem. L, tfY kT

De esta manera, ellevantador de pesas realizó trabajo sobre la barra, aumen-tando la energía potencial gravitatoria de las pesas; el superhéroe realizó trabajosobre el tren, disminuyendo su energía cinética; la grúa realizó trabajo sobre la car-ga, aumentando su energía potencial y su energía cinética; y el árbol realizó trabajosobre el auto modificando su energía cinética y su forma.

Pero la mujer que empuja el mueble, o las señoras que sostienen las bolsas, norealizan trabajo, ya que no modifican la energía de los otros cuerpos. Si bien hacenun esfuerzo muscular, esto no implica realizar trabaj~ porque nobay intercambiode energía. Seguramente, sus músculos sehabrán fatigadoyh~sta.sient'an ciertodolor y cansancio, pero no habrán transferido parte de su energía al mueble o a lasbolsas. Para que un cuerpo realice trabajo sobre otro, debe desplazarlo o deformar-lo, es decir producir modificaciones en él.

El superhéroe aplicó su súper-fuerza sobreel tren y lo frenó con éxito.

Page 19: Tjo y Energía0001

La energía mecánica

3. TRABAJO MECÁNICOEnel lenguaje corriente se entiende por trabajo cualquier actividadque requiere un esfuerzo. Así, un estudiante dice: "Me cuesta muchotrabajo aprender Física"; un obrero comenta: "Hoy ha sido un día demucho trabajo"; en un diario se lee: "La relación entre el capital y eltrabajo..."; un profesor se lamenta: "Los alumnos me hacen trabajarmucho"; etcétera.En Física tiene un significado mucho más concreto: sólo se consi-dera que se realiza un trabajo cuando se produce el desplaza-miento de una fuerza aplicada sobre un cuerpo. Así, por ejemplo,si una persona aplica una fuerza para levantar un cuerpo muy pe-sado y no puede moverlo, no realiza un trabajo. Por el contrario, silogra elevarlo hasta una cierta altura, entonces sí efectúa un traba-jo porque el punto de aplicación de la fuerza ejercida sobre elcuerpo experimenta un desplazamiento. Cuando se empuja un au-tomóvil, recién se considera que existe trabajo en el momento enque se mueve, desplazándose el punto de aplicación de la fuerzaejercida sobre el vehículo.Por el sólo hecho de existir, una fuerza no realiza un trabajo. Así,por ejemplo, en un cuerpo apoyado sobre una mesa actúan dosfuerzas: el peso y la reacción de la mesa a esta fuerza. Sin embar-go,como no hay desplazamiento del cuerpo ninguna de estas fuer-zas efectúa un trabajo.

La observación de hechos de la vida diaria nos muestra casos talescomo:

El trabajo que se realiza para subir una heladera de la planta ba-ja al primer piso es mayor que para hacer lo mismo con un tele~-visor de menor peso. Aquí observamos que cuanto mayor es la in-tensidad de la fuerza que se aplica, tanto mayor es el trabajo quese efectúa para recorrer el mismo espacio.

I El trabajo que se debe hacer para subir una helad era de la plan-ta baja al segundo piso es mayor del que se hace para llevada alprimer piso. En este caso, vemos que cuanto mayor es la dis-tancia recorrida, tanto mayor es el trabajo realizado por unamisma fuerza .

. En estos ejemplos, también se puede apreciar que el punto deaplicación de la fuerza ejercida se desplaza en la misma dirección(vertical) y en sentido opuesto al peso del cuerpo.

En consecuencia, se puede deducir que en la realización de un tra-bajo intervienen dos factores: la intensidad de la fuerza aplicada yIndistancia recorrida por su punto de aplicación.La fuerza ¡tque se ejerce sobre un cuerpo puede hacerla en la mis-ma dirección, en forma oblicua o de modo perpendicular a la direc-ción del desplazamiento:Al Caso en que la dirección de la fuerza aplicada coincide con la

dirección y el sentido del desplazumlento

Si la persona puede levantar elbalde produce un trabajo.

No siempre que se aplicauna fuerza a un cuerpo

se realiza un trabajo..J.t •.

i'1

E"'I!i_~t:P!i1.~..=::::

V}i,"planta baja .. i ..' "

_~i~É~'~",,..,i

El peso del cuerpo (P) es lafuerza que hay que vencer paraelevar el cuerpo al primer piso.

dirección deldesplazamiento

d

,Para que una fuerza hagatrabajo es necesarioque

exista un desplazamiento ouna deformación del cuerpo.

Page 20: Tjo y Energía0001

--------

'".... ;.

, ,.'-.

98

ti,l·

~\J

.'~I '

.. ,/\\,. \

, 1(.; \)

q~,Cuando una persona empuja un vehículo sobre una superficie puli-da (la fuerza de rozamiento es casi nula), la dirección de desplaza-miento de la fuerza aplicada ( F) coincide con la dirección y el sen-tido del desplazamiento:

(..r:e .. 'Il.('(\

F LJ<' :- ...':, desplazamiento

.... ".~ ..,_. . del cuerpo

El análisis de diversos experimentos realizados al respecto, ha per-mitido establecer que:

El rruha]o realizado (T) es igual al producto entre la intensidadde la fuerza aplicada ( F) y la distancia recorrida (d) por el pun-to de aplicación de esa fuerza.

En símbolos: T = F. d

13) Caso en que la fuerza aplicada es oblicua a la dirección del des-plazamiento

Cuando una persona empuja una cortadora de césped, aplica unafuerza F oblicua a la dirección del desplazamiento:

¡-_o

dirección del

~~~~_~~~I_~~~i~_~toF LJ:.i::':' . l·'.... ..... .~~~

.•••••••. -'11

;.;: '. ~': desplazamiento-_._-- del cuerpo

La fuerza F se puede descomponer en otras dos: la fuerza FI quehace avanzar la máquina y la fuerza ~ correspondiente a su peso:

Veamos qué trabaja cada una de ellas:• La fuerza F2 mantiene a la

cortadora apoyada sobre elsuelo pero no se desplaza, porlo tanto, su punto de aplica-ción no recorre ningún espa-cio (d = O).Entonces, resulta:

~ ~T = F2• d = F2• O = O

:.\¡• La fuerza Fl es laresponsable del desplazamiento de la máquina,

Luego:l·

Fí s ie a • Po 1 imod a 1

!ti;".:

.~.1

Page 21: Tjo y Energía0001

La energía mecánica

En consecuencia, la fuerza Fr es la única fuerza que se desplaza y,por lo tanto, el trabajo total de la fuerza F se reduce al trabajo querealiza ~.

o también: T = F. d . cos o:.

Alanalizar el siguiente esquema:

Se observa que: ~ = F.cos o:.

Remplazando en la fórmula detrabajo mecánico: T = F.cos 0:.. d

Entonces:

íEit;;íHljO realizado por una fuerza Fal desplazar un cuerpo enI una cierta distancia d que forma con la dirección de esa fuerzaI un ángulo 0:., es igual al producto entre la intensidad de la fuer-

. za ¡Y, la distancia d y el coseno del ángulo 0:..

Cuando la ~iirccción de la fuerza aplicada coincide con la direccióndel desplazamiento, el ángulo ex. = 0° y el cos 0° = 1; luego, rempla-

~ ~zando, resulta: T = F . d . 1 = F . d

el Caso en que la fuerza aplicada es perpendicular a la direccióndel desplazamiento

Si un patinador, después de haber adquirido impulso en una super-ficie cuyo roce es mínimo, se deja deslizar sobre sus patines, puederecorrer una cierta distancia sin necesidad de que actúe fuerza algu-na. (El movimiento es consecuencia de lo establecido por el princi- •.pio de inerciu.)En este caso, sobre el patinador actúan dos fuerzas, el peso P y lareacción del piso R, ambas perpendiculares a la dirección del des-plazamiento:

0",

desplazamientodel cuerpo

p

.vmbas fuerzas forman un ángulo &. = 90° y, por lo tanto, el cos o; = O.

l.ntonces, resulta:. ,.!

T = F~.d . O = O .

En consecuencia: Cuando una fuerza se desplaza perpendicular-mente a su dirección no realiza trabajo.

( ·99

Page 22: Tjo y Energía0001

r,,(

La energía mecánica

3.2. LAS UNIDADES DE TRABAJO MECÁNICO

Teniendoen cuenta que el trabajo mecánico es igual a la intensidadde la fuerza multiplicada por la distancia recorrida, la unidad de tra-bajo se obtiene multiplicando la unidad de fuerza parla unidad delongitud.En el SIMELA, la unidad de fuerza es el newton (N) y la de longitudelllletro (m). Por lo tanto, la unidad de trabajo es igual a newton .

¡ metro (N.m) y se denomina joule (J):

: \

lJ=lN.lm

Remplazando: J = kg . m/s" . m = kg . m2/s2

,j (kgm) que es igual a kilogramo-fuerza por metro:,H~'

~i I 1kgm = 1ICg . 1mlí .De manera que: 1 kgm = 9,8 J Y 1 J = 0,102 kgm.Tambiénse suele utilizar otra unidad no SIMELf\, el ergio (erg) iguala una DlNA por centímetro:

11 erg = 1 dyn . 1 cm

Como dyn = g. cm/s- Luego: 1erg = g. cm2/s2

De modo que: 1 J = 107 erg.

4.lQUÉ ES POTENCIA?

(liando se desea elevar a 8 metros de altura un cuerpo que pesa,.~. 1.200 N, se debe realizar un trabajo de 9.GOO J. Si una grúa lo efectúaj~ {

l' en 12 segundos y otra necesita 20 segundos para conseguirlo, y am-bas trabajaron al máximo de sus posibilidades, se dice que la prime-

:~ ~.

ra tiene más potencia que la segunda.Casos similares nos demuestran que los servicios prestados por unapersona, un animal o una máquinu que realizan un trabajo, dcpen-

{ den no sólo de la cantidad de trabajo efectuado, sino también deltiempo empleado en hacerla.Si valiéndose de una polea, una persona es capaz de elevar un cuer-po que pesa 10 kg a 4 m de altura, en 8 segundos, y otra persona enel mismo tiempo, sube a la misma altura un cuerpo de 20 kg, resul-ta que la segunda persona desarrolla el doble de potencia que la pri-mera. Esto nos muestra que la potencia es directamente proporcio-nal al trabajo desarrollado.Por otra parte, si un motor para elevar a 8 m de altura 1.500 litros deagua, tarda 5 minutos y otro motor para efectuar el mismo trabajoemplea 15 minutos, el primero desarrolla el triple de potencia que elsegundo. Entonces, la potencia es lnversamcnte proporcional altiempo empleado en realizar/o.

,.1"1')/1.'/

t ¡

La potencia de una máquina estádada por el trabajo realizado en launidadae'tiempo.

·x

Page 23: Tjo y Energía0001

La potencia de un caballo es deaproximadamente 1 lll' Y la de unhombre de alrededor de 1/7 de un

En consecuencia se puede establecer que:

La potencia desarrollada por una persona, un animal o una má-quina es igual al cociente entre el trabajo realizado y el tiempoempleado en efectuarlo.

De donde resulta la siguiente fórmula:

I p =+ P = Potencia. T = trabajo. t = tiempo.

Por lo tanto, la potencia indica el trabajo realizado en la unidad detiempo. .

TComo P = -, resulta T = P.t, lo cual nos dice que el trabajo rea-t

!izado por un motor, una persona o un animal, de determinada po-tencia, depende del tiempo de funcionamiento.

~1~~l:I~~l:l~el;lvelocidad de un camión disminuye al subir una j',.••,.'."

El vehículo está provisto de un mutor cuya potencia se puede calcu-

lar aplicando la fórmula: F '.'~.~,,:"P = ~ pero: T = F. d; luego, remplazando: P = ~ ~

t d t ly como: t = V (velocidad media) resulta: ~ •

p = ¡Y. V de donde: V = ; 1Como la potencia es constante, al subir la pendiente el motor etec- ~rúa mayor fuerza y por eso debe disminuir la velocidad. Entonces, lo tque se gUlitl ~11fuerza se pierde en velocidad. I

~~111~I

i~l

4.1. ¿CUÁLES SON LAS UNIDADES DE POTENCIA?

Teniendo en cuenta que la potencia es igual al cociente entre el tra-bajo y el tiempo, resulta:Unidad de potencia = Ulilidad de trabajo _ joule (tL = watt (W)

Unidad de tiempo segundo (s)

Entonces, la unidad de potencia SIMELA es el watt (W), el cual co-rresponde a la potencia desarrollada para efectuar el trabajo de unjoule en un segundo.En la práctica son muy utilizados dos múltiples del wau:

kllowatt (kW) ::: 1ál W y rnegawatt (MW) ::: io" W.

Entre las unidades no SIMELA se encuentra el kilográmctru/scgun-do (kgm/s).En la industria se utiliza Ul1 múltiple de esta unidad, denominadocaballo vapor (CV), de modo que 1 CV::: 75 kgm/s = 785,5 W. Tam-bién está muy difundido el uso del HP (horse power = potencia deun caballo), el cual equivale a 76 kgm/s = 745,7 W.

Page 24: Tjo y Energía0001

.-~ L_a_e_n_e_r_g_l_a_m_e_c_a_n_lc_a r·~wr)/}~¡fJ.1. ¿Qué es el kilo watt-h ora ? ' ..-

',' Enlas facturas de las compañías de electricidad puede verse que elía}Bsumose expresa en kilowatt-hcra (kWh). Esta unidad indica ellf:rabajoeléctrico gastado en la casa, comercio o industria.Como P =2 resulta T = P. t ;

t

!r.:~go. T == kilowatt (Kw) . hora (h) = Kwh

Entonces, las compañías eléctricas cobran el trabajo eléctrico quecada cliente consume en un cierto período de tiempo. En cambio, sifa:cmraranpotencia, abonaría más quien toma más electricidad porsegundo, aunque mensual o bimestralmente hubiera consumidomenos cantidad .

.., _ .. _---- ---- -- -_ .•..-

iActlvidades de reconocimiento"l.Teniendo en cuenta las sig~entes situaciones:'a. Un niño sostiene un objeto a cierta altura sin moverlo.

b. Una lancha en movimiento arrastra a un esquiador. 'c. Un señor empuja una pared sin poder movería.d. Un mecánico mantiene comprimido un resorte con la mano.e.Un obrero arrastra un cuerpo pesado ayudándose con una cuerda.Indica en cuáles de estas situaciones (a,b,e,d ó e) se realiza trabajo meeánico:. _ , ,.., .

Justiflca.. ,...................................•.........................................................._ ~.................................................•.......................

2. Marca con una X la re5puest~ que consideras correcta:..Cuando la dirección de la fuerza aplkadaes obticua a la direedón del desplazamiento:

a)T=F.d b)T=F.eos&.d e)T=F.Q d)T=P.h

- La unidad de trabajo mecánico SIMELA es el:a) kilográmetro. b) ergio e) joule d) newton

- Lapotencia de una máquina es inversamente proporcional:a) élltrabajo realizado. b) al tiempo empleado.· e) a la fuerza aplicada.

- Launidad de potencia SIMELA es el:a) watt b) HP c) kgm/s

- Lacapacidad que tiene un cuerpo de producir trabajo se denomina:a) fuerza b) trabajo e) potencia

d) a la distancia recorrida.

d) caballo vapor

d) energía

Page 25: Tjo y Energía0001

Trabajo Energía y Potencia-----------------

i Señala todas aquellas acciones que conlleven la realización de un trabajo desde elpunto de vista físico

A. ? un levantador de pesas sujetando las pesas en su punto más alto

B. ? un operario sujetando una caja

C. ? Transportar la mochila desde tu casa al institutoIL _

2. La energía es una magnitud física que caracteriza la capacidad de un objeto pararealizar un trabajo

A. ? Verdadero

B. ? Falso

3. El trabajo realizado sobre un objeto al trasladarlo 5.1 m por aplicación de una fuerzade 1.4 Nen la dirección del desplazamiento es:

A. ? aproximadamente 2 J

B. ? aproximadamente 7 J.

C. ? aproximadamente 7 N.

4. Elige la sentencia que indique todas las magnitudes físicas de las que dependedirectamente el trabajo realizado por una fuerza

A. ? La trayectoria, desplazamiento y tiempo empleado

B. ? El módulo y dirección de la fuerza, y el desplazamiento

C. ? el desplazamiento y la dirección de la fuerza

D. ? La fuerza y la velocidad

.5 La energía cinética y potencial de un objeto de 6 Kgde masa, que cae libremente a 5mIs desde una altura de 2 m es de:

A. ? 75 J de energía potencial y 100 J de energía cinética

B. ? 75 J de energía cinética y 117.6 J. de energía potencial

C. '! 75 J de energía cinética y 75 J. de energía potencial

Page 26: Tjo y Energía0001

TRABAJO PRÁCTICOTRABAJO-POTENCIA

l.-Sobre un cuerpo actúan 5x 10-2 N, produciendo un trabajo de 1500J.Si la fuerza tiene el mismo sentido que el desplazamiento calcularqué distancia se movió. (30km)2.-Una piedra que pesa 8Wg cae desde 20m de altura. ¿Qué energíatiene? ¿Calcular el trabaj o sobre la piedra? Justificar ¡/1600 I<y;:;:;; -;:,f!.lJ)

\

3.-Al aterrizar sobre su portaaviones, un avión arrastra 20m el cabledel que se sujetó mediante el gancho de aterrizaje. Si el gancho forma2Oo con la cubierta y el T durante el arrastre es 104J.¿Cuál es lafuerza ejercida sobre el gancho? (532N)4.-¿Cuánto trabajo realizas al llevar una carpeta de 250g de unextremo a otro de una habitación de 4m de largo? Justificar5.-¿Qué trabajo realiza una máquina que eleva bloques de 4,5 toneladas

,? ~

de peso hasta una altura de 30cm? (~¿)5TJ/~~~~6.~¿Cuánto trabajo se necesita para subir un objeto de 200N a unaaltura de 4m? (800J)7.-Se necesita una fuerza de 82.5 kgf para empujar un auto a través deun terreno. Dos estudiantes empujan el auto 35m utilizando una cuerdaque forma 300 con el piso: a) ¿Cuánto trabajo se realiza? (2500.65kgrn)b) Después de una tormenta se duplica la fuerza necesaria para empujarel auto debido a que el terreno se enloda. ¿En qué cantidad cambia eltrabajo realizado por los estudiantes?8.-Un mensajero lleva un fardo de 34kg desde la calle hasta el 5topiso de un edificio de oficinas a una altura de 1500cm. ¿Cuántotrabajo realiza? (4'?8J-) ¡?r-"7: .qQ9.&y9.-Un marino tira un bote a lo largo de un muelle con una cuerda queforma un ángulo de 600 con la horizontal. ¿Cuánto trabajo realiza elmarino si se ejerce una fuerza de 22.5kgf sobre la cuerda y arrastrael bote3QOrnrn?(3;37~~)

'1

lO.-Una caja de 5.7~· utm se levanta por medio de una cuerda a unadistancia de 20m directamente hacia arriba. El trabajo es realizado enlOs. Calcula la potencia desarrollada en kw. 1,1044kw)11.-Un motor eléctrico desarrolla una potencia de 65kw para subir unascensor cargado hasta una distancia de 175drn en 358. ¿Cuánta fuerzaejerce el motor? ( 130000N)