TIA (TRABAJO MECANICO)

TÍA: Trabajo Mecánico

En esta TÍA usted deberá dar cuenta del estudio y comprensión de lo estudiado en los Recursos de la Página 2 de la Actividad de EAE 3: Aplicando fuerzas internas y externas en términos de trabajo, energía y potencia, así:

1. Luego de haber leído detenidamente el texto y realizado las animaciones que se presentan en el OIA.<Trabajo y Energía>. en la sección Concepto de Trabajo, explique que es trabajo mecánico.

El Trabajo es una de las formas de transferencia de energías entre los cuerpos. Para realizar un trabajo es preciso ejercer una fuerza sobre un cuerpo y que éste se desplace.

El trabajo, W, depende del valor de la fuerza, F, aplicada sobre el cuerpo, del desplazamiento, ?x y del coseno del Angulo? que forman la fuerza y el desplazamiento.

W = F · cos Δ · Δx

El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo ​ de manera acelerada. Por consiguiente, se dice que una cierta masa tiene energía cuando esa masa está en la capacidad de producir un trabajo; además, con esta afirmación se deduce que no hay trabajo sin energía. 

3. Luego de haber leído detenidamente el texto y realizado las animaciones que se presentan en el OIA.<Trabajo y Energía>. en la sección El Trabajo y la Energía Potencial, explique la relación entre la energía potencial y el trabajo mecánico.

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De la misma forma que el trabajo puede modificar la energía cinética de un cuerpo, también puede modificar su energía potencial.

Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza vertical que le hace desplazarse en esa misma dirección con velocidad constante, el trabajo desarrollado coincide con la variación de energía potencial que experimenta el cuerpo.

W = ΔEp = Ep2 - Ep1

Acabamos de ver que la realización de un trabajo sobre un cuerpo puede variar el estado de movimiento de este. Pero, también, un cuerpo puede realizar trabajo debido a la posición que ocupa en el espacio. Esto se visualiza mejor con la definición de campo de fuerzas: "en una región del espacio existe un campo de fuerzas, cuando por el hecho de situar un cuerpo en cualquiera de sus puntos, instantáneamente aparece sometido a una fuerza."

Esto ocurre con el campo gravitatorio, que observamos siempre que dejamos caer un cuerpo, pues inmediatamente se dirige hacia el suelo, sometido a la fuerza gravitatoria que La Tierra ejerce sobre él. Así, todo cuerpo situado sobre el suelo posee una energía potencial (siendo esta igual a cero en el suelo), definiéndose esta matemáticamente por la expresión:

Para elevar un cuerpo desde una altura ha hasta otra hb se requiere realizar un trabajo sobre el mismo por lo que la relación entre el trabajo y la energía potencial viene dada por:

El estudio del movimiento requiere, en primer lugar, tomar un sistema de referencia. A continuación, tenemos que obtener posiciones y desplazamientos del cuerpo, junto a su velocidad, y la fuerza aplicada. Sin embargo, no basta con esto para tener un conocimiento completo del mismo, sino que es necesario conocer las manifestaciones energéticas que acompañan a este. Por ello, en Física surge el concepto de trabajo, que tiene un significado distinto al dado en la vida cotidiana. "Se realiza un trabajo sobre un cuerpo cuando este se desplaza o deforma por la acción de una fuerza" (definición de trabajo).

Una vez llegado aquí nos hemos de hacer la pregunta: de dos fuerzas que realizan el mismo trabajo, ¿cuál será más eficaz? Evidentemente, la que lo realice en menos tiempo. Al introducir el tiempo en la producción de trabajo, aparece la necesidad de introducir una nueva magnitud física, la potencia, o trabajo efectuado por una fuerza en la unidad de tiempo (eficacia de una fuerza):

4. Luego de haber leído detenidamente el texto y realizado las animaciones que se presentan en el OIA.<Trabajo y Energía>. en la sección El Trabajo y la Energía Mecánica, explique la relación entre la energía mecánica y el trabajo mecánico.

Escriba aquí…

Son innumerables los casos en los que el trabajo modifica, simultáneamente, la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo. Es decir, modifica la energía mecánica en su conjunto.

Si sobre un cuerpo actúa una fuerza que provoca cambios en su velocidad y en su posición, el trabajo de esa fuerza será igual a la variación de energía mecánica que sufre el cuerpo.

W = ΔEM =(Ep2+Ec2)-(Ec1+ Ep1)

5. Luego de haber visto y analizado el video denominado “Teoría de Trabajo Mecánico”, establezca las unidades y las conversiones para el trabajo mecánico.

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6. Luego de haber visto y analizado el video denominado “Trabajo Mecánico” explique el trabajo mecánico.

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Cuando sobre un sistema mecánico se aplica una fuerza neta y esta produce desplazamiento, entonces se dice que esa fuerza efectuá un trabajo mecánico, el cual puede ser positivo si el sistema gana energía o negativo si el sistema pierde energía. 

En el S.I se mide en Joule y comúnmente se usa otra unidad llamada caloría, para referirse al trabajo mecánico.

1 joule = 1 Newton · 1 metro = kg m²/s²

4,18 joule = 1 Cal 

Como se puede observar, cuando la fuerza no va paralela al desplazamiento, sólo realiza trabajo mecánico la componente de esa fuerza que está en dirección del vector desplazamiento, por ello en la ecuación aparece la función coseno, aplicada sobre el ángulo entre ellos. Específicamente, el trabajo es el producto punto entre la fuerza y el desplazamiento.

7. Luego de haber visto y analizado el vídeo denominado “Trabajo Mecánico en Excel” Construya un programa en hojas de Cálculo de Google que solucione situaciones problema donde se apliquen los modelos matemáticos de trabajo mecánico. Inserte aquí el enlace del Libro de Cálculo de Google.

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