Mecánica - Trabajo y Energía

Question 1

¿Qué implica el trabajo desde el punto de vista mecánico?

Answer 1

Es la energía transferida cuando una fuerza desplaza un objeto.

Question 2

Defina trabajo de una fuerza constante. Escriba la fórmula de cálculo.

Answer 2

Trabajo(W) de una fuerza constante:
W= F. d. cos ang°, donde F es la fuerza, d es el desplazamiento, y cos ang ° es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.

Question 3

¿El trabajo es una magnitud escalar o vectorial?

Answer 3

Es una magnitud escalar

Question 4

En general ¿Cómo debe ser la fuerza o componente de fuerza, con relación a la línea de movimiento, para que produzca trabajo?

Answer 4

Para que una fuerza produzca trabajo, debe tener una componente en la dirección del movimiento.

Question 5

¿Cómo se calcula el trabajo si la fuerza aplicada no es paralela a la línea de
movimiento? ¿Qué signo y valor puede tener el trabajo de acuerdo al ángulo que tiene
la fuerza respecto a la dirección del movimiento (piense en los valores que tendrá el
coseno del ángulo para ángulos de 0°, 90° y 180°)?

Answer 5

Si la fuerza no es paralela al movimiento, el trabajo se calcula usando .
0°: Trabajo positivo (cos 0° = 1).
90°: Trabajo nulo (cos 90° = 0).
180°: Trabajo negativo (cos 180° = -1).

Question 6

¿Qué nombre recibe la unidad de trabajo, que unidades la componen?

Answer 6

La unidad de trabajo es el Joule (J) = 1 N·m.

Question 7

Si sobre un objeto actúan varias fuerzas ¿Cómo se calcula el trabajo en este caso?

Answer 7

Si actúan varias fuerzas, el trabajo total es la suma de los trabajos de cada fuerza.

Question 8

¿Es posible que el trabajo sea realizado por fuerzas variables? De un ejemplo de fuerza
variable que realice trabajo.
Escriba su fórmula. Explique el motivo del signo de la expresión anterior.

Answer 8

Sí, como el trabajo realizado por un resorte.
Fórmula: , donde el trabajo es el área bajo la curva fuerza-desplazamiento.

Question 9

Gráficamente ¿cómo se determina el trabajo en un gráfico fuerza-desplazamiento?
¿Cómo es el grafico que caracteriza esta situación? Escriba la fórmula de trabajo para
cada caso.

Answer 9

El trabajo es el área bajo la curva. Si la fuerza es constante, el área es un rectángulo: .

Question 10

¿Cómo describe a la energía? Respecto al objeto ¿Qué diferencia existe entre el
trabajo y la energía?

Answer 10

Energía: Es la capacidad de realizar trabajo.

Diferencia con trabajo: El trabajo es la transferencia de energía.

Question 11

¿Qué formas de energía existen?

Answer 11

Existen varias formas de energía: cinética, potencial, térmica, etc.

Question 12

¿Qué efecto tiene realizar un trabajo sobre un objeto?

Answer 12

El trabajo realizado sobre un objeto cambia su energía.

Question 13

5a. Escriba la expresión del teorema del trabajo y la energía y su definición.

Answer 13

El trabajo neto realizado sobre un objeto es igual a su cambio en energía cinética.

Question 14

5b. ¿Cómo define energía cinética (fórmula) y a qué se la relaciona? ¿Qué valores puede tener?

Answer 14

Energía cinética (K): , relacionada con el movimiento. Puede ser positiva o cero.

Question 15

5c. ¿En qué unidades se mide la energía? ¿Es una magnitud escalar o vectorial?

Answer 15

La energía se mide en Joules (J). Es una magnitud escalar.

Question 16

5d.¿Una medida de qué es la transferencia de energía? ¿Qué posee un objeto cuando está en movimiento?

Answer 16

La energía cinética mide la transferencia de energía. Un objeto en movimiento tiene energía cinética.

Question 17

6. a. ¿Qué puede realizar un objeto que posee energía potencial?

Answer 17

Un objeto con energía potencial puede realizar trabajo.

Question 18

6b. ¿De qué deriva el potencial de realizar trabajo y, por lo tanto, cómo se caracteriza?

Answer 18

El potencial de realizar trabajo deriva de su posición o configuración.

Question 19

c. ¿Qué ejemplo se da en el texto de energía potencial? Defina energía potencial de un
resorte ¿A qué es igual el cambio de energía potencial de este elemento? ¿En qué
unidad se mide la energía potencial?

Answer 19

Ejemplo: Resorte. La energía potencial del resorte es . El cambio de energía potencial es igual al trabajo realizado por la fuerza externa. Unidad: Joules (J)

Question 20

d.¿Existe otro tipo común de energía potencial además de la del resorte? Escriba su fórmula. ¿Qué representa cada parámetro de la formula? Defina trabajo realizado por una fuerza externa.

Answer 20

Energía potencial gravitatoria: , donde es la masa, la gravedad y la altura.

Question 21

e.¿De qué depende el valor de la energía potencial en una posición dada? ¿Qué signo
puede tener la energía potencial? ¿La energía potencial depende de la
trayectoria?,¿Por qué?

Answer 21

La energía potencial depende de la posición y puede ser positiva, negativa o cero. No depende de la trayectoria, solo del estado inicial y final.

Question 22

7. Defina sistema ¿Qué sucede con la energía en los sistemas cerrados? Enuncie la ley de conservación de la energía ¿Cuándo hay pasaje de una forma de energía a otra, que sucede con la energía total?

Answer 22

Sistema: Es un conjunto de objetos interactuando. En un sistema cerrado, la energía total se conserva (Ley de conservación de la energía). Al transformarse la energía, su cantidad total permanece constante.

Question 23

8. a. Defina fuerzas conservativas y no conservativas, de ejemplos.

Answer 23

Fuerzas conservativas: No dependen de la trayectoria (ej: gravedad).
Fuerzas no conservativas: Dependen de la trayectoria (ej: fricción).

Question 24

b. ¿De qué depende el trabajo de las fuerzas conservativas y de las no conservativas?

Answer 24

El trabajo de fuerzas conservativas depende solo de los puntos inicial y final, mientras que el de fuerzas no conservativas depende de la trayectoria.

Question 25

c. ¿Qué sucede si una fuerza conservativa realiza trabajo en una trayectoria cerrada, y si
la realiza una fuerza no conservativa?

Answer 25

En una trayectoria cerrada, el trabajo de fuerzas conservativas es cero, pero el de fuerzas no conservativas es diferente de cero.

Question 26

9. a. ¿A qué se denomina energía mecánica?

Answer 26

Energía mecánica: Suma de la energía cinética y potencial.

Question 27

b.Plantee la ley de conservación de la energía mecánica para fuerzas conservativas y no conservativas. ¿Existe alguna diferencia en el resultado que se obtiene para cada tipo de fuerzas?

Answer 27

Ley de conservación: Para fuerzas conservativas, la energía mecánica total se conserva. Con fuerzas no conservativas, hay pérdida de energía mecánica (por ejemplo, en forma de calor).

Question 28

c. Defina trabajo realizado por fuerzas no conservativas.

Answer 28

El trabajo de fuerzas no conservativas cambia la energía mecánica del sistema.

Question 29

10. a. ¿A qué se denomina potencia? Escriba su fórmula.

Answer 29

Potencia: Es la rapidez con que se realiza trabajo. Fórmula: .

Question 30

b. ¿Existe otra expresión para calcular la potencia? ¿cuál es?

Answer 30

Otra fórmula: (potencia como producto de la fuerza y la velocidad).

Question 31

c. ¿En qué unidad se mide la potencia, qué unidades la componen?

Answer 31

Se mide en Watts (W) = Joules/segundo.

Question 32

d. Defina eficiencia y escriba sus fórmulas de cálculo. ¿Tiene unidad la eficiencia? ¿Por qué?

Answer 32

Eficiencia: Relación entre la energía útil y la energía total. Fórmulas: o . No tiene unidad, es un porcentaje.