TRABAJO MECÁNICO Y ENERGÍA.

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ENERGÍA MECÁNICA

El trabajo que una fuerza realiza sobre un cuerpo hace que éste, a su vez pueda realizar un trabajo sobre otro.

- Por ejemplo:

La fuerza que ejercen sobre un objeto los jebes elásticos de una honda realizan el trabajo de hacer que el objeto salga lanzado; pero éste, a su vez, puede realizar otro trabajo, como poner en movimiento otro cuerpo con el que choque, romper un vidrio, etc.

Cuando un cuerpo realiza un trabajo sobre otro, decimos que el primer cuerpo posee energía.

Energía es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar trabajo

La energía mecánica se divide en dos tipos: la energía cinética y la energía potencial.

ENERGÍA CINÉTICA

Consideremos una partícula de masa “m” sometida a la acción de una fuerza “F” y que se mueve según una trayectoria cualesquiera:[pic 28]

En la Gráfica:

W = FT. d ……… (1)

FT = m.aT……. (2)

Reemplazando (2) en (1)

W = m.aT.d

Del mismo modo:

[pic 29]

W = m. [pic 30]

W = m. [pic 31]

W = [pic 32]

W = [pic 33]………. (3)

El resultado indica que cualquiera que sea la forma funcional de la fuerza “F” y la trayectoria seguida por la partícula, el valor del trabajo “W” efectuado por la fuerza es siempre igual a la diferencia entre magnitudes de [pic 34], evaluados al final y al comienzo de la trayectoria. Esta importante magnitud, llamada energía cinética, se designa por EK. Por consiguiente:

EK = [pic 35]

La ecuación (3) puede expresarse entonces en la forma:

W = EKB – EKA

“El trabajo efectuado sobre una partícula es igual al cambio producido en su energía cinética”

(TEOREMA DE LA ENERGÍA CINÉTICA Y EL TRABAJO)

La energía cinética, por lo tanto, es la clase de energía que tienen los cuerpos debido a su movimiento.

[pic 36]

- Cuando la velocidad de un cuerpo aumenta, también aumenta su energía cinética.

- Cuando la velocidad de un cuerpo disminuye, disminuye también su energía cinética.

ENERGÍA POTENCIAL

- Ya sabes que si colocas un cuerpo a una cierta distancia sobre el suelo y lo sueltas, éste cae por la fuerza gravitatoria o peso. Cuando el cuerpo cae, existe una fuerza (el peso del cuerpo) y un desplazamiento (la altura que desciende), por lo que realiza un trabajo. Pero para que realice un trabajo es necesaria la existencia de una energía; por lo tanto, podemos afirmar que cuando el cuerpo estaba situado en lo alto, poseía energía.

La energía analizada, se llama energía potencial.

La energía potencial es el tipo de energía que poseen los cuerpos debido a su forma o a la posición que ocupan.

Existen muchas clases de energía potencial. Destacaremos dos:

- Energía Potencial Gravitatoria.

- Energía Potencial Elástica.

ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA

Consideremos a una partícula que se desplaza de la posición A hasta la posición B, siguiendo una trayectoria cualesquiera.

[pic 37]

En la gráfica:

r1 + d = r2

d = r2 – r1……. (1)

Pero:

W = F. d

W = F (r2 – r1)…… (2)

Además:

r2 – r1 = (XB - XA) + (YB - YA)……. (3)

F = -m.g…… (4)

Reemplazando:

W = -m.g [(XB - XA) + (YB - YA)]

Como el trabajo depende solamente de la trayectoria vertical, entonces tendremos:

W = - m.g (YB - YA)

W = -m.g.YB + m.g.YA

W = m.g.YA – m.g.YB…… (5)

Es decir, el trabajo solamente depende de los valores inicial y final de la posición “(m.g) y”

Esta función (m.g.Y), recibe el nombre de energía potencial del cuerpo respecto de la fuerza de gravedad “m.g” y se designa por EP .

W = EP1 – EP2

Observamos que si EP2 > EP1, es decir, si la energía potencial aumenta durante el desplazamiento, el trabajo es negativo. Si por el contrario el trabajo es positivo, la energía potencial disminuye.

Por lo tanto, la energía potencial EP del cuerpo, suministra una medida del trabajo que puede realizar su peso “m.g”.

LA ENERGÍA SE TRANSFORMA

- Si dejas caer un cuerpo de masa “m” de una determinada altura “h”, su velocidad aumentará progresivamente mientras pierde altura; es decir, su energía potencial gravitatoria disminuye mientras cae. Un instante antes de llegar al suelo, el cuerpo no tendrá energía potencial por estar a una altura nula y sólo poseerá energía cinética.

- Veamos ahora la situación inversa. Tú sabes que si lanzas un objeto hacia arriba, como por ejemplo, una esfera, su velocidad va disminuyendo a medida que asciende, es decir, a medida que