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    Clase12 Trabajo

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    Salim Dávila
    Este documento trata sobre trabajo y energía en física para arquitectura. Explica que el trabajo depende de la fuerza aplicada y la distancia de desplazamiento, y se define como el producto escalar entre el vector fuerza y desplazamiento. El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo dependiendo de si la fuerza es paralela, antiparalela o perpendicular al desplazamiento. También define la unidad de medida del trabajo (el joule), y explica los conceptos de energía cinética, energía potencial gravitatoria y energía potencial el

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    Clase12 Trabajo

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    Este documento trata sobre trabajo y energía en física para arquitectura. Explica que el trabajo depende de la fuerza aplicada y la distancia de desplazamiento, y se define como el producto escalar entre el vector fuerza y desplazamiento. El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo dependiendo de si la fuerza es paralela, antiparalela o perpendicular al desplazamiento. También define la unidad de medida del trabajo (el joule), y explica los conceptos de energía cinética, energía potencial gravitatoria y energía potencial el

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    mecanica

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    Clase12_trabajo

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    Este documento trata sobre trabajo y energía en física para arquitectura. Explica que el trabajo depende de la fuerza aplicada y la distancia de desplazamiento, y se define como el producto escalar entre el vector fuerza y desplazamiento. El trabajo puede ser positivo, negativo o nulo dependiendo de si la fuerza es paralela, antiparalela o perpendicular al desplazamiento. También define la unidad de medida del trabajo (el joule), y explica los conceptos de energía cinética, energía potencial gravitatoria y energía potencial el

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    Física para Arquitectura - FIS103

    Trabajo y energía

    FIS103 1er Semestre 2023


    ¿Qué entendemos con la palabra TRABAJO?
    ¿De qué depende el trabajo requerido para mover un objeto?

    𝐹Ԧ
    ¿De qué depende el trabajo requerido para mover un objeto?

    𝐹Ԧ
    𝜃

    Fuerza Desplazamiento
    ¿De qué depende el trabajo requerido para mover un objeto?

    𝐹Ԧ 𝐹Ԧ
    𝜃 𝜃

    𝑑Ԧ
    Fuerza Desplazamiento
    𝐹Ԧ 𝑑Ԧ
    Trabajo

    Considere el cuerpo anterior que sufre desplazamiento 𝑑Ԧ moviéndose en línea recta.


    Mientras el cuerpo se mueve, la fuerza constante 𝐹Ԧ actúa sobre él. Se define el trabajo 𝑊
    Ԧ
    realizado por esta fuerza como el producto escalar entre el vector 𝐹Ԧ y el vector 𝑑:

    𝑑Ԧ

    W = 𝐹Ԧ 𝑑Ԧ cos 𝜃
    𝜃

    𝐹Ԧ
    Trabajo

    𝑑Ԧ

    W = 𝐹Ԧ 𝑑Ԧ cos 𝜃 𝜃

    𝐹Ԧ

    𝑑Ԧ

    W = 𝐹Ԧ cos 𝜃 𝑑Ԧ 𝐹Ԧ
    𝐹Ԧ cos 𝜃
    Unidad de medida Trabajo

    W = 𝐹Ԧ 𝑑Ԧ cos 𝜃
    La unidad internacional para la medición del trabajo es el Joule J, que se define
    como el trabajo que ejerce una fuerza de 1 N cuando desplaza un cuerpo una
    distancia de 1 m paralelamente a su dirección.
    Trabajo

    Es importante notar que el trabajo es una cantidad escalar, por lo tanto, puede adquirir
    valores tanto positivos como negativos.
    Trabajo

    Es importante notar que el trabajo es una cantidad escalar, por lo tanto, puede adquirir
    valores tanto positivos como negativos.
    𝐹Ԧ
    En este caso, la fuerza tendrá una componente en la misma dirección del desplazamiento, por lo
    𝑑Ԧ tanto, el trabajo sobre el cuerpo será positivo: 𝑊 > 0.
    Trabajo

    Es importante notar que el trabajo es una cantidad escalar, por lo tanto, puede adquirir
    valores tanto positivos como negativos.
    𝐹Ԧ

    En este caso, la fuerza tendrá una componente en dirección opuesta al desplazamiento, por lo
    𝑑Ԧ tanto, el trabajo sobre el cuerpo será negativo: 𝑊 < 0.
    Trabajo

    Es importante notar que el trabajo es una cantidad escalar, por lo tanto, puede adquirir
    valores tanto positivos como negativos.
    𝐹Ԧ
    En este caso, la fuerza tendrá dirección perpendicular al desplazamiento, por lo tanto, el trabajo
    𝑑Ԧ sobre el cuerpo será nulo: 𝑊 = 0.
    Ejemplo 1
    Un operario usa un rodillo para emparejar horizontalmente una calle; lo mueve
    aplicando su fuerza de 100 N en una vara que forma un ángulo de 30° con la horizontal.
    ¿Qué trabajo efectúa al trasladarlo horizontalmente una distancia de 40 m?
    La energía

    ¿Qué es la energía?

    ¿Dónde y cómo se manifiesta en nuestro entorno?

    ¿Por qué es importante en arquitectura?


    Energía y trabajo

    En mecánica, las fuerzas que actúan sobre cuerpos en


    movimiento, pueden ejercer un trabajo. Si una fuerza ejerce
    un trabajo, altera el estado energético del cuerpo sobre el
    que actúa.
    La mano deforma (estira) el elástico, la fuerza de la mano en
    ese desplazamiento trabaja, entrega energía al elástico.
    Al soltarlo, el elástico le da energía a la piedra: energía de
    movimiento, o energía cinética.
    Energía en fluidos
    Las burbujas de aire liberadas bajo el agua reciben el
    empuje, por el principio de Arquímedes. Este empuje , a
    lo largo del movimiento aumenta la energía potencial
    gravitacional de la burbuja, además de entregarle
    energía cinética.

    Cuando presionamos el émbolo,


    entregamos energía de movimiento
    al líquido en la jeringa. Lo podemos
    hacer ganar altura también.
    ¡La ecuación de Bernoulli es una
    ecuación de densidad de energía!
    Energía y potencia

    Energía
    Potencia =
    Tiempo

    Haciendo una analogía con un


    líquido; la Energía
    corresponde a una cantidad
    (volumen) cuyo flujo por
    unidad de tiempo (Potencia)
    es análogo a al caudal.
    Energía cinética

    Vemos que el movimiento está ligado a


    la energía. La energía de movimiento se
    llama energía cinética.
    ¿De qué depende la energía cinética de
    un cierto objeto?

    1
    K = mv 2
    2
    Energía cinética

    Calcule su energía cinética cuando está en reposo, cuando camina a paso normal, y
    cuando corre a toda velocidad.

    Estime la energía cinética de una ciclista a una rapidez de 25 km/h, y la de una micro a
    50 km/h.
    Energía potencial gravitatoria
    La interacción gravitacional implica que
    cuesta trabajo subir objetos,
    proporcionalmente a la altura que los
    desplazamos. Y esto, independiente del
    camino. Se define la energía potencial
    gravitatoria, como proporcional a la altura
    h (con respecto a una referencia), la masa
    m y a la aceleración de gravedad g.

    𝑈𝑔 =mgh
    Energía potencial gravitatoria

    Estime la energía potencial del data de la sala.


    Energía potencial elástica

    La energía que almacena el resorte al


    comprimirse una longitud x o estirarse una
    longitud x, es la misma. El resorte, al ser
    elástico, restituye su forma, devolviendo la
    energía almacenada. Funciona como
    reservorio de energía.

    1 2
    𝑈𝑒 = 𝑘𝑥
    2
    Energía mecánica
    La energía se puede “trasvasijar”, “transferir”, transformar. En mecánica tenemos también
    las energías potenciales, aquellas que pueden convertirse en cinética.
    Cuando observamos un sistema que contiene resortes, masas en movimiento y… la Tierra,
    entonces expresamos la energía mecánica del sistema en un cierto instante como:

    𝐸 = 𝐾 + 𝑈𝑔 + 𝑈𝑒

    Diremos que la energía mecánica se conserva entre dos instantes cuando solo actúa la
    gravedad y o fuerzas elásticas. Si no es así, entonces habrá pérdidas de energía
    directamente ligadas al trabajo de fuerzas no conservativas, o externas.
    Actividades complementarias
    Encuentra más ejercicios resueltos y propuestos en:

    • Sección Flujo y Ondas en Aula

    • Física universitaria, Sears & Zemansky. Capítulo 6 “Trabajo y energía cinética”. Revisar copias físicas o digitales disponibles en
    https://biblioteca.usm.cl/

    • Física para ciencias e ingeniería, Serway. Capítulo 7 “Energía de un sistema”. Revisar copias físicas o digitales disponibles en https://biblioteca.usm.cl/
    Hasta pronto

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