TRABAJO MECÁNICO Y LEYES DE LA CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA

EL TRABAJO Y LEYES DE LA CONSERVACIÓN

TRABAJO MECÁNICO Y LEYES DE LA CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA

TRABAJO MECÁNICO Y LEYES DE LA CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA



















PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE LAS  LEYES DE LA CONSERVACIÓN MECÁNICA Y EL TRABAJO MECÁNICO

La ley de la conservación de la energía establece que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo convertirse de una forma de energía a otra. Esto significa que un sistema siempre tiene la misma cantidad de energía, a menos que se añada desde el exterior.
Principio de Conservación de la Energía Mecánica

La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre él son conservativas. Es probable que en numerosas ocasiones hayas oído decir que “la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma”.
En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, solo puede cambiar de una forma a otra,1 por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía térmica en un calefactor.
Las leyes enunciadas por Newton, y consideradas como las más importantes de la mecánica clásica, son tres: la ley de inercia, la relación entre fuerza y aceleración y la ley de acción y reacción. Newton planteó que todos los movimientos se atienen a estas tres leyes principales, formuladas en términos matemáticos.
Este es el Principio de Conservación de la Energía Mecánica. Aquí Emec = Ecin + ∑c Uc( r) incluye la energía cinética y las energías potenciales de todas las fuerzas conservativas. En esta situación decimos que la energía mecánica se conserva; mantiene su valor, no aumenta ni disminuye.
El trabajo mecánico es la cantidad de energía necesaria para poner en movimiento un objeto, variar las características de dicho desplazamiento o incluso detenerlo. Por ejemplo: cuando se empuja una mesa de un extremo de la sala hasta otro.
Clasificación según el tipo

El trabajo negativo o resistente, que vendría a ser, por ejemplo, el de la fuerza de rozamiento y que se expresa mediante W<0. -El trabajo positivo, también llamado trabajo a motor, que se expresa mediante esta manera W>0.
En mecánica clásica, se dice que una fuerza realiza un trabajo cuando hay un desplazamiento del centro de masas del cuerpo sobre el que se aplica la fuerza, en la dirección de dicha fuerza. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo.
Cuando sobre un sistema mecánico se aplica una fuerza neta y esta produce desplazamiento, entonces se dice que esa fuerza efectua un trabajo mecánico, el cual puede ser positivo si el sistema gana energía o negativo si el sistema pierde energía.
El trabajo, W, de una fuerza aplicada a un cuerpo es igual al producto de la componente de la fuerza en la dirección del movimiento, Fx, por el desplazamiento, s, del cuerpo. El trabajo, W, se mide en julios (J). La fuerza se mide en newtons (N) y el desplazamiento en metros (m).

Trabajo y leyes de la conservación de la energía mecánica

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Concepto de trabajo mecánico

El concepto de trabajo mecánico aparece estrechamente vinculado al de fuerza. De este modo, para que exista trabajo debe aplicarse una fuerza mecánica a lo largo de una cierta trayectoria. En términos físicos, el trabajo W se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por la distancia recorrida.

En términos físicos, el trabajo W se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por la distancia recorrida.

donde a es el ángulo que forman la dirección de la fuerza y el desplazamiento.

Así pues, el trabajo es una magnitud escalar, que alcanza su valor máximo cuando la fuerza se aplica en la dirección y el sentido del movimiento.

De la definición anterior se deduce que las fuerzas aplicadas perpendicularmente a la dirección del movimiento producen un trabajo nulo.

 

El trabajo para mover un cuerpo depende de la fuerza aplicada sobre el objeto y de la distancia recorrida. En la figura, se obtiene el mismo trabajo empujando el cuerpo oblicuamente por la plataforma que con ayuda de una polea.

Concepto de potencia

Se designa, en términos generales, con el término de potencia a aquella capacidad para ejecutar algo o producir un efecto, generalmente, se utiliza en aquellas situaciones en las que se quiere dar una noción de fuerza y poder.

Energía cinética

La energía cinética, en su definición más breve, es la energía que posee un cuerpo a causa de su movimiento. Se trata de la capacidad o trabajo que permite que un objeto pase de estar en reposo, o quieto, a moverse a una determinada velocidad.

Un objeto que esté en reposo tendrá un coeficiente de energía cinética equivalente a cero. Al ponerse en movimiento y acelerar, este objeto irá aumentando su energía cinética y, para que deje de moverse y vuelva a su estado inicial, deberá recibir la misma cantidad de energía que lo ha puesto en movimiento, pero esta vez negativa o contraria.

Hay que diferenciar entre la energía cinética de traslación y la de rotación, aunque ambas se encuentran a menudo combinadas en una energía cinética mixta.

La energía cinética (Ec) depende de la masa y la velocidad del cuerpo. Para calcularla, debes tener en cuenta que la energía cinética se mide en Julios (J), la masa en kilogramos (kg) y la velocidad en metros por segundo (m/s).

Su fórmula es la siguiente: Ec= ½ mv²

Aunque debes recordar que la energía cinética debe calcularse de distintas maneras según las características del objeto. Dependiendo de su masa y velocidad, deberás usar las reglas de la mecánica clásica, de la mecánica relativista o de la mecánica cuántica.

Energía potencial

La energía potencial es la energía almacenada en un objeto o sistema de objetos. Puede estar relacionada con su posición, los enlaces de su estructura química, su potencial de desintegración radioactiva o incluso su forma, por poner algunos ejemplos. Tiene la capacidad o el potencial de transformarse en formas más evidentes como la energía cinética. La energía potencial y la energía cinética son las que conforman la energía mecánica.

Conservación de la energía mecánica

La conservación de la energía mecánica, es una de las ideas más bellas y simple de la mecánica, pues la capacidad que tiene de aplicarse a la resolución de problemas y la vida diaria es de gran alcance. Esta idea sólo se aplica si la energía mecánica la consideramos constante, o sea que en la situación problemática no hay fuerzas disipativas, como el roce por ejemplo, por lo tanto, la energía mecánica permanece constante, simplemente hay trasformaciones, pero la suma es siempre la misma.

Conservación del ímpetu (momento)

El principio de conservación del momento lineal, también conocido como principio de conservación de la cantidad de movimiento, establece que si la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema es nula (o cero), su momento lineal permanece constante en el tiempo.

Colisiones entre partículas en una dimensión

Cuando dos o más cuerpos se aproximan entre sí, entre ellos actúan fuerzas internas que hacen que su momento lineal y su energía varíen, produciéndose un intercambio entre ellos de ambas magnitudes. En este caso se dice que entre los cuerpos se ha producido una colisión o choque. Es preciso recalcar que, para que se produzca una colisión, no es necesario que los cuerpos hayan estado físicamente en contacto en un sentido microscópico; basta que se aproximen lo suficiente como para que haya habido interacción entre ellos.

En el caso general de colisión en una dimensión entre dos masas, uno no puede anticipar cuanta energía cinética se va a perder en la colisión. De esta manera, las velocidades de las dos masas después de la colisión no están determinadas por sus velocidades antes de la colisión. Sin embargo, la conservación del momento debe satisfacerse, de modo que si se especifica la velocidad de una de las partículas después de la colisión, entonces la otra se puede determinar.

Procesos disipativos (fricción y rozamiento)

Los procesos disipativos son aquellos que transforman la energía mecánica en energía térmica. Como la Fricción mecánica.

La fuerza de fricción, fuerza de rozamiento, es la fuerza que existe entre dos superficies en contacto, que se opone al movimiento relativo entre ambas superficies (fuerza de fricción dinámica) o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento (fuerza de fricción estática). Se genera debido a las imperfecciones, que en mayor parte son microscópicas, entre las superficies en contacto.





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