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Fuerza, trabajo, potencia y energia m.
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  • 1. º Docente: Michel Lizarazo FUERZA , TRABAJO Y ENERGIA FISICA
  • 2.
    • LEYES DE NEWTON
    • PRIMERA LEY O LEY DE INERCIA :- En ausencia de fuerzas exteriores, toda partícula continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme respecto de un sistema de referencia .
    • SEGUNDA LEY DE NEWTON.- L a fuerza es proporcional a la variación de la cantidad de movimiento con respecto a la variación del tiempo.
    F = Fuerza (newton) m = masa (Kg.) a = Aceleración ( m/s 2 ) mv = cantidad de movimiento
  • 3. Fuerza normal.- Es la fuerza que actúa con la misma magnitud y dirección pero de sentido contrario al peso. Un bloque de masa m está en reposo sobre una superficie horizontal, las únicas fuerzas que actúan sobre él son el peso mg y la fuerza normal N. Por equilibrio se obtiene que la fuerza normal N es igual al peso mg N=mg = peso
  • 4. Ej. El bloque sobre la superficie horizontal. Tiene una masa de 10 Kg. Si la fuerza F es de 12 Newton calcular la fuerza normal Solución: N+ F· sen30° = mg N + 12 (1/2) = 10 ( 9.8 ) N + 6 = 98 N = 92 Newton
  • 5. FUERZA DE ROZAMIENTO ( f ) Se muestra un bloque aplicado por una fuerza F horizontal. Sobre el bloque actúan el peso mg , la fuerza normal N , y la fuerza de rozamiento f k entre el bloque y el plano. Si el bloque desliza con velocidad constante la fuerza aplicada F será igual a la fuerza de rozamiento. = coeficiente de rozamiento N= mg
  • 6. PROBLEMAS :
    • 1.- Un cuerpo de 2 Kg. de masa se mueve sobre una superficie perfectamente horizontal y lisa, bajo la acción de una fuerza horizontal de 4N. Al cabo de 6 seg. ¿cuál será la velocidad adquirida y la distancia recorrida , si partió del reposo Sol:
    • Para calcular la velocidad adquirida y la distancia recorrida debemos determinar previamente la aceleración que comunica la fuerza. Usando para ello la 2ªley de Newton determinamos que
    • luego utilizando las ecuaciones del M.R.U.V. Obtenemos que:
    • V= Vo+ at= 0 +(2m/s 2 )(6 s) V=12m/s
    • d= (Vo)t+(a/2)t.t=(0)(5)+(1/2)(2m/s 2 )(6 s) 2 d=36m
  • 7. 2.- Una fuerza que actúa sobre un cuerpo de 10kg, produce el movimiento descrito por la grafica ¿cuál es la magnitud de la fuerza ?
  • 8. 3.-Dos bloques , uno de 2kg y el otro de 4kg, unidos por una cuerda son desplazados sobre una superficie horizontal lisa, con una fuerza de 12N tal como lo muestra la figura ¿hallar la tensión T?
  • 9. Docente: Michel Lizarazo Trabajo, Potencia y Energía FISICA
  • 10. TRABAJO DE UNA FUERZA
    • Se denomina trabajo W , al producto fuerza por el desplazamiento.
    • Donde:
    • F es la fuerza (Newton)
    • d es desplazamiento
    • el ángulo que forma la fuerza con el desplazamiento.
    W = F Cos d d F F Cos
  • 11.
    • Si 0°, el
    • W = F Cos 0° d = F d
    •  
    • □ Si 90° el trabajo es cero
    • Si el ángulo es 180°, decimos que el cos180° = –1
    • W = - Fd
  • 12.
    • POTENCIA
    • Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.
    • P es la potencia
    • E es la energía o trabajo
    • t es el tiempo
    • d es distancia
    • V es velocidad.
  • 13. Energía cinética.
    • Se define como la energía asociada al movimiento. Ésta energía depende de la masa y de la velocidad según la ecuación: 
    •          
    •     E c = ½ m . v 2  
    • Con lo cual un cuerpo de masa m que lleva una velocidad v posee energía.
  • 14. Energía potencial.
    • Se define como la energía determinada por la posición de los cuerpos. Esta energía depende de la altura y el peso del cuerpo según la ecuación: 
    •      E p = m . g . h = P . h 
    • Con lo cual un cuerpo de masa m situado a una altura h (se da por hecho que se encuentra en un planeta por lo que existe aceleración gravitatoria) posee energía. Debido a que esta energía depende de la posición del cuerpo con respecto al centro del planeta se la llama energía potencial gravitatoria .
  • 15.  
  • 16. Conservación de la energía
    • Si no hay fuerzas de rozamiento, la energía mecánica total de un cuerpo se mantiene constante; el aumento de energía cinética es igual a la disminución de energía potencial y viceversa.
  • 17. Trabajo de una Fuerza Elástica
    • La fuerza elástica esta definida por:
    • F = kx ; K = constante X = deformación
    • Energía Potencial Elástica :
    • Ep = (1/2)kx 2 = (1/2)(F/x)x 2 = (1/2)(F.x)
    La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades es el julio 1 Joule = 1 Newton . metro
  • 18.
    • Si el bloque de 5Kg se desplaza 10 m a velocidad constante, el trabajo realizado por la fuerza “F” es: (u=0.2); g=10m/s 2
  • 19.
    • Un ciclista sube por una rampa que forma 30° con la horizontal y con una rapidez de 8m/s. El peso total del ciclista y la bicicleta es de 800 N. Calcule la potencia que debe mantener el ciclista
    30° F
  • 20.
    • Calcule el trabajo de una fuerza constante de 12 N, cuyo punto de aplicación se traslada 7 m, si el ángulo entre las direcciones de la fuerza y del desplazamiento son 0°, 60°, 90°, 135°, 180°
  • 21. ENERGIA MECANICA
    • E = Energía mecánica
    • Ep = Energía potencial
    • Ek = Energía Cinética
    • Epe = Energía Potencial Elástica
    • E = Ep + Ek + Epe
  • 22.
    • Una masa de 8Kg suspendida de un resorte de k=40N/m. La deformación es (0.3) ½ m
    • Calcular la energía mecánica con respecto al suelo. En base a la información del gráfico
    • g=10 m/s 2
    (0.3) 1/2 m
  • 23.
    • Se observa que un cuerpo de 4 Kg al pasar por el punto A posee una rapidez de 36 Km/h. Hallar la energía mecánica que posee el cuerpo en “B”
    • g=10 m/s 2
  • 24.
    • Calcular el trabajo necesario para estirar un muelle 5 cm, si la constante del muelle es 1000 N/m.
    • Solución
    • La fuerza necesaria para deformar un muelle es F =1000·X = 1000 * (0.05)
    • F=50N, donde x es la deformación. El trabajo de esta fuerza se calcula mediante el área.
    • El área del triángulo de la figura es (0.05·50)/2=1.25 J
    • W=1.25 J
                                                                                  
  • 25.
    • Un proyectil que pesa 80 kgf es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 95 m/s. Se desea saber: a) ¿Qué energía cinética tendrá al cabo de 7 s?. b) ¿Qué energía potencial tendrá al alcanzar su altura máxima?.
  • 26.
    • Datos:
    • P = 80 kgf
    • v0 = 95 m/s
    • t = 7 s
    • a) Mediante cinemática calculamos la velocidad luego de 7 s:
    • vf = v0 - g.t
    • vf = 95 m/s (- 9,807 m/s ².7 s) vf = 95 m/s - 68,649 m/s vf = 26,351 m/s
    • Luego:
    • Ec = ½.m.v ²
    • La masa es:
    • m = 80 kg
    • Ec = ½.80 kg.(26,351 m/s) ²
    • Ec = 27775,01 J
    • b) Mediante cinemática calculamos la altura máxima:
    • vf ² - v0 ² = 2.g.h
    • - v0 ²/2.g = h
    • h = (95 m/s) ²/(2.9,807 m/s ²) h = 460,13 m
    • Con éste dato hallamos la energía potencial:
    • Ep = m.g.h
    • Ep = 80 kg.9,807 (m/s ²).460,13 m
    • Ep = 361.000 J
    • Pero mucho mas simple es sabiendo que la energía potencial cuando se anula la velocidad es igual a la energía cinética inicial (si no hay pérdidas):
    • Ec1 = Ep2
    • Ec1 = ½.m.v1 ² Ec = ½.80 kg.(95 m/s) ²
    • Ec1 = 361.000 J = Ep2
  • 27.