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ENERGÍA
Cat. Rony Salazar Existen en física una serie de tipos de energía que presentan características muy específicas lo cual dificulta una definición estándar, por ejemplo: Energía química, eólica, hídrica, lumínica, térmica, eléctrica, atómica, nuclear, cinética y potencial. En el curso se estudiaran únicamente los tipos de energía mecánica y una definición sencilla de energía mecánica se establece como la capacidad de un cuerpo de realizar un trabajo.
La energía mecánica puede sub-dividirse en 2 tipos:
• Energía cinética • Energía potencial
2 Energía Cinética: todos los cuerpos en movimiento pueden realizar un trabajo, por ejemplo: el martillo que clava un clavo o la bola de acero que trabaja en la demolición de un edificio. La capacidad que tienen los cuerpos de realizar un trabajo en función del movimiento (velocidad) se denomina “Energía cinética y se demuestra de la siguiente manera:
De la misma manera en que los cuerpos tienen energía debido a
su movimiento puede observarse que también puede tener energía debido a su posición o condición relativa, entonces energía potencial es la energía relacionada con la posición o configuración de los cuerpos y sus alrededores.
Existen varios tipos de energía potencial pero el más común es
la energía potencial gravitacional que depende de la altura de los cuerpos.
5 Ej.
1. Una pelota de beisbol de 145 gr se lanza con
una velocidad de 25 m/s. ¿Cuál es su energía cinética? 𝑬𝒌 = 1Τ2 𝑚 𝑉 2 𝑬𝒌 = 1Τ2 0.145𝑘𝑔 × 25𝑚Τ 2 𝑠
𝑬𝒌 = 𝟒𝟓. 𝟑𝟏 𝑱
6 2. ¿Cuánto trabajo se necesita para acelerar un auto de 1000 kg desde 20m/s hasta 30 m/s?
7 1. Un automóvil de 1000 kg pasa del punto A al punto B con una diferencia de altura entre ambos de 10 m y luego al punto C con diferencia de altura con respecto al punto A de 15 m.
a) ¿Cuál es la Ep gravitacional en B y C con relación al punto A?
b) ¿Cuál es el cambio de Ep cuando va de B a C? c) Repita los incisos a y b pero tome el punto C como referencia donde la h es igual
8 a) 𝐸𝑝 = 𝑚 × 𝑔 × ℎ 2 𝐸𝑝 = 1000 𝑘𝑔 × 9.8 mΤs × (−15 𝑚) 𝐸𝑝 = 1000 𝑘𝑔 × 9.8 × 10 𝑚 𝐸𝑝 = 𝟗𝟖𝟎𝟎𝟎 𝑱 Para B 𝐸𝑝 = −𝟏𝟒𝟕𝑶𝑶𝑶 𝑱 Para C
b) Δ Ep B a C −147𝑂𝑂𝑂 𝐽 − 98000 𝐽 = −𝟐𝟒𝟓𝟎𝟎𝟎 𝑱 Ep en B con rel a C= mgh 1000 𝑘𝑔 × 9.8 𝑚Τ𝑠2 × 25 𝑚 = 𝟐𝟒𝟓𝟎𝟎𝟎 𝑱 Ep en C con rel a C = mgh 𝑚 1000 𝑘𝑔 × 9.8 Τ𝑠 2 × 0 𝑚 = 𝟎 𝑱
Δ Ep de B a C
0 𝐽 − 245000 𝐽 = −𝟐𝟒𝟓𝟎𝟎𝟎 𝑱
9 Un automóvil pesa 2200 lb. Calcular: a) ¿Cuánto vale su masa? b) ¿Cuánto trabajo se necesita para levantar el auto 800 pies? c) ¿Cuánta Ep tendrá a esa altura con respecto al suelo? d) Si se soltara ¿Cuál sería su Ek al llegar al suelo? a) 𝑊 = 2200 𝑙𝑏 𝑊 2200 𝑙𝑏 𝑊 = 𝑚×𝑔 𝑚 = 𝑚 = 𝑚 = 𝟔𝟖. 𝟑𝟐 𝑺𝒍𝒖𝒈 𝑔 32 2𝑝𝑖𝑒ൗ . 𝑠2
10 Principio de la conservación de la energía mecánica Estudios y experiencias en física demuestran que en ausencia de fuerzas no conservativas se puede establecer que la energía mecánica no se crea ni se destruye solo se transforma o se transfiere de un cuerpo a otro. Este principio es fácil de comprobar durante la siguiente experiencia.
11 Análisis de un cuerpo que se deja caer desde cierta altura 𝐸𝑚 = 𝐸𝑝 + 𝐸𝑘
Ep Ek Em 1) 10 J 0J = 10 J 2) 8J 2J = 10 J 3) 2J 8J = 10 J 4) 0J 10 J = 10 J
12 Ej. Suponiendo que una colina tiene 40 metros de altura calcule: a) La Velocidad del automóvil en el fondo del columpio b) A qué altura tendrá la mitad de esa velocidad
16 Una persona de 70 kg. Sube corriendo un tramo largo de escaleras en 4 segundos. La altura vertical de las escaleras es de 4.5 metros. Calcule la potencia que desarrolla la persona en Watts y Hp
18 1) Un motor de 60 Hp proporciona la potencia necesaria para mover el ascensor de un hotel, si el peso del elevador es de 2000 libras. ¿Cuánto tiempo se requiere para levantarlo 120 pies?
19 1) ¿Cuánto trabajo puede efectuar un motor de 2Hp en una hora?
2) Una bomba debe llevar 4 kilogramos de agua/minuto a una
altura de 2.85 metros. ¿Qué potencia debe tener el motor de la bomba?
3) El consumo diario de agua en una población es de 560𝑚3 que es
necesario elevar desde un rio hasta unos depósitos situados a una altura de 70 m con relación al nivel del rio. Si no se consideran perdidas por fricción y las bombas deben funcionar 8 horas al día. Calcular: a) El trabajo que deben de realizar en esa jornada b) La potencia total de las bombas que elevan el agua
20 21 4) Calcular la velocidad máxima a la cual un motor de 90KW puede levantar una carga de 1800 kg. B) si se duplicara la carga y la potencia se reduce a la mitad, ¿Cuánto tiempo se emplearía para levantar esta carga a una altura de 40 m?
