UD 8. Trabajo y Energía.

8.1. Trabajo y energía.

Trabajo. Energía. Energía mecánica. Energía cinética. Energía potencial. Principio de conservación.

Se define trabajo como el producto de la fuerza aplicada por la distancia. Se mide en Julios (J):

Energía es la capacidad de generar movimiento o lograr la transformación de algo, en definitiva, es la capacidad de producir un trabajo. Como este, se mide también en Julios.

8.2. Energía mecánica

La energía mecánica es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, y es igual a la suma de las energías potencial y cinética de un sistema mecánico:

Energía cinética- Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.

Energía potencial- La energía potencial es el tipo de energía mecánica asociada a la posición o configuración de un objeto.

El principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. Generalmente, la energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles. Por ejemplo, en un volcán la energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad de calor.

Un caso particular es el de los objetos en movimiento, que poseen energía mecánica. Según el principio de conservación de la energía mecánica, en ausencia de fuerzas disipativas (que hacen perder energía, como el rozamiento), la energía mecánica, suma de la energía potencial y la cinética, se mantiene constante.

Cuestiones y problemas

1. Calcula el trabajo realizado por una fuerza de 20 N aplicada a un objeto durante un trayecto de 5 m.

2. ¿Durante qué distancia estuvo siendo aplicada una fuerza de 100 N sobre un objeto si el trabajo realizado fue de 2000 J?

3. Se hizo un trabajo de 10 000 J sobre un objeto a lo largo de 60 m de recorrido. ¿Qué fuerza se le aplicó?

4. Calcula la energía potencial de un bolígrafo de 20 g situado sobre una estantería de 1.80 m de altura.

5. Si el bolígrafo anterior cae al suelo, ¿cuál será su velocidad?

6. ¿Qué energías potencial y cinética tiene el bolígrafo de antes a medio camino del suelo?

7. Un globo de 2 g tiene una energía de 40 J, ¿a qué altura está?

8. ¿A qué altura subirá una moneda lanzada hacia arriba a 10 m/s de velocidad?

9. En una montaña rusa, ¿podría una vagoneta llegar más alto que la altura desde la que se deja caer?, ¿por qué?

10. Calcula el trabajo que realiza un caballo al arrastrar un carro durante 2 km. si un dinamómetro puesto entre el carro y el caballo marca unos 1750 N.

11. En un circo, un elefante empuja una caja a lo largo de 15 m. Mediante un dinamómetro sabemos que ha ejercido una fuerza de 250 N. ¿Qué trabajo ha realizado?

12. ¿Qué trabajo realizas al elevar un objeto que pesa de 90 N por una escalera hasta una altura de 10 m? ¿Y al transportar el mismo peso por una superficie horizontal una distancia de 5 m?

13. ¿Qué energía cinética posee un coche de 600 kg de masa circulando a una velocidad de 90 km/h?

14. Calcula la energía mecánica de una paloma de 1,5 kg que vuela a 10 m del suelo con una velocidad de 3 m/s.

15. ¿Qué altura máxima alcanzará una piedra lanzada hacia arriba con una velocidad de 10 m/s?

16. ¿Con qué velocidad llegará al suelo un objeto que se deja caer desde una altura de 29 m?

17. Calcula la masa de un cuerpo cuya velocidad es de 10 m/s y su energía cinética es de 1.000 J.

18. Determinar el valor de la velocidad que lleva un cuerpo cuya masa es de 3 kg y su energía cinética es de 600 J.