Asignatura: Física Mecánica

Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Guía de Aprendizaje Unidad 2

Trabajo, Potencia y conservación de la energía

Nombre(s): Jesus Reyes Pereira Sección: Mt

Instrucciones

 Descargue este documento

 Complete los ejercicios en el cuaderno.
 Saque fotos de los ejercicios y guarde el documento como Word, luego conviértalo a PDF
 Una vez convertido a PDF debe subirlo al Ambiente de aprendizaje, Unidad 2
 El nombre del archivo PDF debe seguir este formato “sección + nombre + apellido”
Ejemplo “MT30 Juan Pedreros”.

Al realizar este trabajo, obtendrá décimas sumables a la Evaluación N°3

Fecha de entrega: a informar

Observaciones: NO se recibirán trabajos enviados por correo electrónico ni chat de TEAMS.

Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Fórmulas, ecuaciones y equivalencias:

𝒎 Fuerzas (Newton) [N] Trabajo mecánico (Joules)
Velocidad [ 𝒔 ]

𝒅 ⃗𝑭
⃗ =𝒎∙𝒂
⃗ Nm  [J]
⃗ =
𝒗
𝒕
⃗⃗ = 𝒎 ∙ 𝒈
𝑷 ⃗⃗ 𝑾 = ⃗𝑭 ∙ ⃗𝒅
𝒎
Aceleración [ 𝟐 ]
𝒔
𝑾 = ⃗𝑭 ∙ ⃗𝒅 ∙ 𝒄𝒐𝒔(𝜶)
⃗
𝒗
⃗ =
𝒂
𝒕

Potencia
𝑾 ⃗𝑭 ∙ ⃗𝒅 𝑷 = ⃗𝑭 ∙ 𝒗
⃗
Watts o Vatios 𝑷= 𝑷=
[W] 𝒕 𝒕

Energía Mecánica (Joules)

Energía Potencial
Energía cinética Ek
Energía Gravitacional EP Energía Elástica EE

𝟏 𝟏
𝑬𝑲 = ∙ 𝒎 ∙ (𝒗)𝟐 ⃗⃗ ∙ 𝒉
𝑬𝒑 = 𝒎 ∙ 𝒈 𝑬𝑬 = ∙ 𝒌 ∙ (∆𝒙)𝟐
𝟐 𝟐

Torque
𝝉⃗ = ⃗𝒓 × ⃗𝑭
𝝉⃗ = 𝒓 ⃗ ∙ 𝒄𝒐𝒔 (𝜶)
⃗ ∙𝑭
Newton*metro

Unidades S. I

Masa kilogramo kg
Longitud metros m
Fuerza Newton N
Potencia Watts o vatios [W]
Trabajo Joules o julios J ( se puede dejar en Nm
Energía Joules o julios J
Torque Nm
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Principio de conservación de la Energía

Relación entre Trabajo y Energía Cinética

Relación entre Trabajo y Relación Trabajo y Energía Relación Trabajo y Energía

Energía Potencial Potencial gravitacional Potencial elástica

Propiedad de conservación de la energía

Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Potencia
Caballo de fuerza (HP): Los caballos de fuerza son la medida de potencia inglesa y el
responsable es James Watt quien buscó la equivalencia entre las máquinas de vapor y la
potencia de los caballos de tiro, que posteriormente se hizo extensivo al resto de máquinas.
El HP también es conocido como PS en Alemania como abreviatura de Pferdestärke (caballo
de vapor).
Caballo de vapor (CV): Esta unidad nació en Francia y proviene del sistema métrico decimal
siendo una medida similar al HP inglés, pero aplicando las unidades decimales. En su caso
se refiere a la potencia necesaria para levantar 75 kgf (kilogramos-fuerza; 1 kgf = 1 kg) a 1
metro en 1 segundo.
Kilowatts (kW): El watts o vatio es la unidad oficial de potencia según el Sistema
Internacional de Unidades, su símbolo es la W por James Watt y la letra k corresponde al
prefijo métrico kilo, que es un factor de multiplicación 1.000, por lo que 1 kW son 1.000
vatios. La definición estricta de un vatio hace referencia al ritmo de consumo o generación
de energía: un joules por segundo.

Ahora que sabemos que significa cada uno, es posible convertirlo de una medida a otra con
esta tabla:

1 kW = 1,36 CV

1 kW = 1,34 HP

1 CV = 0,986 HP

1 CV = 0,736 kW

1 HP = 0,746 kW

1 HP = 1,014 CV

Fuente:
https://www.rutamotor.com/conoces-la-diferencia-entre-hp-cv-y-kw-si-no-sabes-aqui-te-lo-
explicamos/
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Rendimiento Mecánico

El rendimiento, también expresable como la eficacia energética de un dispositivo, máquina, ciclo

termodinámico, etc. se puede calcular como el trabajo o energía aprovechada, dividida por el
trabajo o la energía suministrada
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑣𝑒𝑐ℎ𝑎𝑑𝑎
𝑅=
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑆𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝐸𝐴
𝑅=
𝐸𝑆

Energía aprovechada: es igual a la energía suministrada menos la energía perdida por el roce

𝐸𝐴 = 𝐸𝑆 − 𝐸𝑅

El rendimiento es siempre menor que 1 y se expresa en porcentaje (0% al 100%)

𝐸𝐴 𝐸𝑆 −𝐸𝑅
𝑅=  𝑅=
𝐸𝑆 𝐸𝑆

Ejemplo:

Energía suministrada: 500 J

Energía perdida por roce: 75 J

Energía Aprovechada: 𝐸𝐴 = 𝐸𝑆 − 𝐸𝑅 = 500 𝐽 − 75 𝐽 = 425 𝐽

Cálculo de Rendimiento:
𝐸𝐴 425 𝐽
𝑅= = = 0,85
𝐸𝑆 500 𝐽

Respuesta: el rendimiento es de un 85%

Energía suministrada  100%

energía perdida  15%

Energía aprovechada  85%

¿Cómo calcular el rendimiento mecánico de un motor?

El rendimiento mecánico se calcula como el cociente entre el trabajo

útil obtenido en el cigüeñal y el trabajo del ciclo indicado. El producto
del rendimiento mecánico y el rendimiento termodinámico da el
rendimiento total del motor.
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Preguntas conceptuales:

Señale si las siguientes aseveraciones son Verdaderas o Falsas. en caso de ser falsas justifique su
respuesta

1. ___F___ La energía es una medida de la capacidad de algo para producir trabajo. No es

una sustancia material, y puede almacenarse y medirse de muchas formas.

2. ___V___ En la práctica, siempre que se realice un trabajo para convertir energía de una
forma a otra, hay alguna pérdida en otras formas de energía, como el calor o el sonido.

3. ___V___ La energía cinética depende de la velocidad del objeto al cuadrado. Esto significa
que cuando la velocidad de un objeto se duplica, su energía cinética se cuadruplica.

4. ___V___ Un automóvil que viaja a 60 km/h tiene cuatro veces la energía cinética de un
automóvil idéntico que viaja a 30 km/h y, por lo tanto, cuatro veces el potencial de provocar
más muertes y destrucción en caso de un accidente.

5. ___V___ La energía cinética siempre debe ser cero o tener un valor positivo.

6. ___V___ La velocidad puede tener un valor positivo o negativo, la velocidad al cuadrado

siempre es positiva.

7. ___F___La energía cinética no es un vector. Así que una pelota de tenis lanzada hacia la
derecha con una velocidad de 5 m/s tiene exactamente la misma energía cinética que una
pelota de tenis lanzada hacia abajo con una velocidad de 5 m/s.

8. ___F__ En el Sistema Internacional (SI), la unidad estándar para medir la energía y el trabajo
realizado es el vatio

9. ___V___ El trabajo que se realiza para levantar un objeto del suelo, se puede calcular como:

𝑊 =𝐹∙𝑑

𝑊 = (𝑚𝑎𝑠𝑎 ∙ 𝑔) ∙ ℎ

10. ___F__ El trabajo (W) hecho por una persona para levantar una pesa de 50 kg a una altura
de 50 cm, es: W= (50kg)• (9,8m/s2) •(0,5m)=245,25 Nm

11. ___V___ La unidad estándar para medir la potencia es el watt, que tiene el símbolo W

12. ___F___ El trabajo efectuado por una fuerza neta sobre un objeto, es igual al cambio
que experimenta la energía cinética del objeto.
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

13. ___V___ La energía potencial gravitacional (Ep) tiene relación con la posición de un
cuerpo respecto de un nivel de referencia ubicado a diferente altura.

14. ___V___ Una fuerza disipativa disminuye la energía mecánica de un cuerpo durante su
movimiento.

15. ___V___ Una fuerza conservativa aumenta la energía mecánica de un cuerpo durante
su movimiento.

Conversión
Realice las siguientes conversiones:

385 kW = 515.9HP
1275 kW = 1734CV
640 CV =631.04 HP
0,2 CV = 0.1472 kW
750 HP = 559.5 kW

Rendimiento
1) En cierto motor, se observan los siguientes parámetros
Energía suministrada: 1275 J
Energía perdida por roce: 35 J

Calcule el rendimiento energético.

Energía aprovechada: 1275 J -35J =1240 J
R=1240/1275 = 0,973
Respuesta: El rendimiento aproximado de este motor fue de 97,3 %
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

2) En el motor de una bomba de agua, se observa un porcentaje de rendimiento del

65%. Se sabe que la energía perdida por roce de los componentes es de
aproximadamente 42 Joules.
Calcule cuál fue la energía suministrada inicialmente. (respuesta: 120 j)

Energía suministrada  100%

Energía perdida  35%

Energía aprovechada  65%

Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Resolución de problemas
 Trabajo
 Potencia

1. Una persona baja verticalmente un objeto de 6 kg, desplazándolo 1,5 m. ¿Cuál es el trabajo
realizado por la fuerza gravitacional sobre el objeto? (resp: 88,2 J)

2. Un cuerpo de 15 kg se deja caer desde una altura de 10 metros. Calcula el trabajo realizado
por el peso del cuerpo. (resp: 1471,5 J)

3. Una bomba eléctrica es capaz de elevar 500 kg de agua a una altura de 25 metros en 50
segundos.
Calcular:
a) La potencia útil de la bomba.
b) Su rendimiento, si su potencia teórica es de 3000 watts.

4. El conductor de un coche de 650 kg que va a 90 km/h frena y reduce su velocidad a 50

km/h.
Calcular El trabajo efectuado por los frenos.

5. Para trasladar un objeto 7m, se aplica una fuerza en su misma dirección la cual efectuó un
trabajo de W=490J

a) ¿Qué magnitud tenía la fuerza?

b) Si el tiempo empleado para mover al objeto fue de 4 segundos, ¿con qué potencia se
realizó este desplazamiento?
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

6. Una grúa levanta una camioneta que pesa 4 toneladas a una altura de 3m en 35seg.

¿Qué potencia desarrolla el motor de la grúa?

𝒓𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂: 𝑷 = 𝟑𝟑𝟔𝟎 [𝒘]

7. ¿Qué potencia deberá poseer un motor para bombear 300 Litros de agua por minuto hasta
27 m de altura?

En el caso del agua, el Volumen equivale a masa

masa= 300 kilogramos

tiempo 1 minuto  60 s

altura= 27 m

⃗𝑷
⃗ ∙𝒉⃗ 𝒎∗𝒈∗𝒉
𝑷= =
𝒕 𝒕
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

Energía

1. Un cuerpo de 150 g (0,15 kg) de masa se lanza hacia arriba con velocidad inicial de 400 m/s,
calcular:
a) La energía cinética inicial.
𝟏
𝑬𝑲 = ∙ 𝒎 ∙ (𝒗)𝟐
𝟐

b) La energía cinética a los 5 s de caída. MRUA lanzamiento vertical

La energía cinética a los 5 s de subida

V0=400 m/s
a= -9,8 m/s2
t=5 s
Vf= 351 m/s

La energía cinética a los 5 s de caída

V0=0 m/s
a= -9,8 m/s2
t=5 s
V= - 49 m/s

𝟏
𝑬𝑲 = ∙ 𝒎 ∙ (𝒗)𝟐
𝟐

2. Una persona sube una montaña hasta 2000 m de altura, ¿cuál será su energía potencial si
tiene un Peso de 750 N?

E potencial gravitacional= (m *g) *h

Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

3. Calcular la energía cinética, potencial y mecánica de un cuerpo de 90 N que se encuentra a

95 metros del suelo

a) al comienzo de la caída
Ek=0
Ep= (m*g)*h =

b) a 35 metros del suelo

altura recorrida= 95-35 = _60__ metros
V= g *t
Vf2= (V0)2 + 2*a*d
Vf= √2 ∗ 9,8 ∗ 60= ___34.29___ m/s

Ek= ½ * m * v2 = _____ j

Ep= 0,15 kg * 9,8 m/s2 * 35 m =________ j

c) al llegar al suelo

Ep=0

Vf= √2 ∗ 9,8 ∗ 95
Ek = ½ * masa * v2

4. Una de las siguientes secuencias de operaciones permite reducir la energía cinética de un

cuerpo a su cuarta parte. ¿Cuál?
A) Mantener la masa y disminuir la velocidad a su cuarta parte.
B) Cuadruplicar la masa y disminuir la velocidad a la mitad.
C) Cuadruplicar la masa y mantener la velocidad.
D) Mantener la velocidad y disminuir la masa a su cuarta parte.

5. Desde el borde de la azotea de un edificio de arrojan dos bolas de igual masa con la misma
velocidad. La primera verticalmente hacia abajo y la segunda verticalmente hacia arriba.
Respecto de las energías de llegada al suelo se puede aseverar que:

A) La que se lanza hacia arriba llega con mayor energía cinética.

B) La que se lanza hacia abajo llega con menor energía potencial.
C) La que se lanza hacia abajo llega con mayor energía potencial.
D) Ambas llegan con la misma energía cinética.
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.

6. Cuando una fuerza constante F actúa sobre un objeto, el producto de la componente de la

fuerza en la dirección del desplazamiento del objeto y la magnitud del desplazamiento, se
conoce como:

A) Impulso
B) Trabajo
C) Cantidad de movimiento
D) Energía potencial elástica

7. Si una fuerza se utiliza para bajar un objeto desde un punto A a uno B, entonces la
diferencia entre las energías potenciales de dichos los puntos, corresponde

A) a la potencia de la fuerza utilizada.

B) al trabajo realizado por la fuerza.
C) a la variación de la energía mecánica.
D) a la conservación de la energía mecánica.

8. Uno de los siguientes conceptos es incorrecto en relación a una fuerza disipativa.

Identifíquelo.

A) Hace disminuir el valor de la energía mecánica

B) Un ejemplo característico es la fuerza de roce.
C) Opera básicamente sobre la energía cinética.
D) Su accionar es en movimientos horizontales.
Asignatura: Física Mecánica
Otoño 2024
Profesora: Lilian Hunrichse H.