09 Trabajo y energía mecánica

 Hay una fuerza motriz más poderosa que el vapor, la electricidad y la energía atómica: la voluntad (Albert Einstein)

  • Seguro que en la literatura hay versos dedicados a la energía y al trabajo (hay gente pa’ tóo), que estarían bien para introducir el tema con la siempre agradecible belleza, pero a mi embotada cabeza no acuden ahora ningunos (la edad, que no perdona). Recuerdo, sin embargo, una de las míticas frases del excéntrico y genial Richard Feynman (he aquí su explicación del concepto de energía):

La física es como el sexo: seguro que tiene una utilidad práctica, pero no es por eso que lo hacemos.

¿A que ya os interesa más la física?Guiño

 

  • Dadme un punto de apoyo, y moveré el mundo, dicen que dijo Arquímedes. ¡Dadme un poco de energía, y seguiré trabajando! Porque energía es lo que me va faltando con tanto trabajo, así que voy a dejar que otros empiecen este tema… Parece que el locutor había desayunado poco, je, je, je:

  • ¿Qué es la energía? Aunque no hay acuerdo sobre la definición de este término,  a menudo se describe de la energía como la capacidad que tienen los cuerpos de producir transformaciones (o realizar un trabajo), se habla en serio y bien en los cinco minutos siguientes (y recuerda, W = Δ E):

 

  • Tarea 0. A estas alturas de tu paso por la ESO ya sabrás (o deberías): a) ¿Cómo se relacionan los conceptos de energía y trabajo?; b) ¿Estás trabajando en estos momentos? (Contesta desde el punto de vista de la física); c) Escribe la ecuación que define matemáticamente el trabajo de una fuerza que produce un desplazamiento.

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  • La definición matemática de trabajo es (para este nivel de 4º de eso), para el trabajo de una fuerza constante F que forma un ángulo θ con el eje de abscisas y produce un desplazamiento ΔX:

trabajo fuerza constante

 W = F * ΔX * cos θ

Si no hay desplazamiento, no hay trabajo mecánico (vamos, que leyendo esto, como mucho, te esfuerzas, pero no trabajas). En caso de fuerzas perpendiculares al desplazamiento tampoco se realiza trabajo. Para que no consumas demasiada energía en pensar qué tienes que estudiar, aquí van los típicos casos que caen en los controles sobre trabajo, dirección de la fuerza y desplazamiento.

casos trabajo f�sica

  • Tarea 1. El gigante Atlas sujeta al mundo sobre sus hombros: a) ¿Realiza trabajo si echa a andar con el mundo por montera?; b) ¿Está trabajando si se para a descansar un rato, sin dejar de portar el mundo?; c) Si se agacha y se vuelve a levantar, sin moverse de donde estaba, ¿trabaja?

Atlas sujetando el mundo

  • ¿Recordáis un estupendo anuncio de efectos encadenados con las piezas de un coche? Ilustra muy bien el principio de conservación de la energía, y me sirve de excusa para que entréis a mirar el tema que nos interesa en el blog Palacorre:

trabajo y energ�a en Palacorre

  • Tarea 2. Entra en el apartado ¿Qué se entiende por trabajo? del enlace anterior. Realiza las actividades 1, 2 y 4, y el cuestionario de autoevaluación 1 (ya os dije que voy a procurar ahorrar trabajo y energía aprovechando lo que otros han “currado” antes, je, je).

 

  • Tarea 3. En el mismo enlace del Palacorre, entra en el apartado ¿Qué es la energía?, echa un vistazo al Artilugio de Newton,  las habilidades de Tarzán y el Movimiento pendular. Haz las actividades 5 y 6 y el Cuestionario 2. ¿Gastarás mucha energía tomando nota de esas actividades? (Para quien no se de por enterado, léase con ironía).

 

  • Para los que trabajan un poco más y mejor, aquí va una exposición matemáticamente correcta del concepto de trabajo:

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energ�a potencial gravitatoria

 

  • Tarea 4. Seguimos con el blog Palacorre: a) Del apartado Energía cinética, toma nota de su expresión matemática y definición y realiza el cuestionario 3; b) del apartado Energía potencial, haz la actividad 16, el cuestionario, y escribe su definición y fórmula.

eneg�a cinética

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  •  El teorema de las fuerzas vivas establece la relación entre trabajo y energía cinética, de modo que aquel se emplea en variar la cantidad de energía cinética de un sistema:

W = ΔEc = Ecfinal - Ecinicial

  • Cuando las fuerzas que actúan sobre un sistema son conservativas (todas las que conoces, excepto el rozamiento), el trabajo realizado por ellas se puede calcular como:

WFC = - ΔEp = Epfinal - Epinicial

energ�a mecánica

En ausencia de rozamiento,  Δ Em = 0 ; Em = cte; Emfinal = Em inicial

  • Tarea 5. ¡Lo estás temiendo! ¡Sí! Del apartado Principio de conservación, rescata la definición de energía mecánica, y haz la actividad 17, además del cuestionario.

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  • De la energía, sus tipos y sus transformaciones se habla en todos los cursos, en casi todas las asignaturas… Por si se te ha olvidado lo visto en 2º de ESO, o lo de , ya sabes que puede pinchar en esos enlaces, antes de “atacar” los contenidos de ,  en Proyecto Newton.

 

  • ¿Ya sin fuerzas, sin energía? El lenguaje cotidiano está plagado de alusiones a la física. Date un respiro, y échate unas risas con el buen trabajo de vuestros compañeros de Energías renovables, que han demostrado su arte trantando los conceptos fundamentales de la energía y sus fuentes: Lucas, Vicente, Miguel M.; Claudia, Mónica, Susana, Miguel Á; Marcos, Óscar, Juan y Omar. ¡Gracias!

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  • Siguiendo sabios consejos (ahorro de energía evitando exceso de trabajo, eso que tan bien se da en las aulas), aprovecho el tema interactivo de la editorial SM, que presentamos con esta happy imagen:

energ�a y trabajo

  • Tarea 6.  Haz el cuestionario interactivo del enlace anterior (Averigua lo que sabes), y no abandones hasta que saques un diez.

 

 

  •  Tarea 7. El pintor holandés M.C. Escher, muy amigo de incluir ilusiones ópticas en sus creaciones, realizó un grabado donde se muestra el agua cayendo y subiendo ininterrumpidamente por un recorrido sin necesidad de máquina de bombeo ni aporte alguno de energía. ¿Es posible semejante situación, desde el punto de vista de la física? (Pincha en la imagen para verla ampliada).

cascada Escher

  • Bien sabéis que unos tardan poco en hacer las tareas y otros no acaban nunca. El trabajo propuesto es el mismo, pero… Un interesante concepto es que relaciona el trabajo con el tiempo que tarda en ser realizado; hablamos de la potencia, cuya fórmula es P = W / t, y que se mide en vatios (W) en el SI.

potencia mecánica

  •  Tarea 8. Además del vatio (W, en honor del ingeniero escocés que perfeccionó la máquina de vapor, James Watt), se utiliza frecuentemente otra unidad de potencia, el caballo de vapor (C.V.). a) ¿De dónde sale la equivalencia entre caballos de vapor y vatios? Investiga cómo calibró Watt sus máquinas midiendo el ritmo de trabajo de los caballos; b) Elige un modelo de coche (no importa la marca), e infórmate de cuántos C.V. ofrece cada motorización, recogiendo en una tabla los datos de potencia, cilindrada y coste de las mismas (a igualdad de equipamientos, número de puertas, color etc.) ¿Cómo se relacionan la potencia del coche y su precio?

coches

  •  Tarea 9. La factura de la electricidad que llega a tu casa expresa el consumo energético mensual en kilovatios-hora. a) ¿A cuántos julios equivale esa unidad de trabajo?; b) Busca información sobre el coste de al menos dos de las tarifas eléctricas que están en vigor en nuestro país; c) Si dejas encendida por olvido una bombilla de 100 W durante hora y media, ¿cuánto tienen que pagar en tu casa por el descuido?; d) ¿Cuánto pagarían si la bombilla encendida fuese de bajo consumo? (Busca la equivalencia entre las bombillas de este tipo y las incandescentes, “las de toda la vida”).

bombillas bajo consumo

  • Tal vez hayas oído hablar del gran acelerador de partículas de Ginebra, construido bajo la ciudad. En ese supercolisionador se harán chocar protones a velocidades muy próximas a las de la luz. ¿Para qué? Para desentrañar el origen del universo. De energía se habla entonces en electronvoltios, megaelectronvoltios, teraelectronvoltios… Más allá de lo que nos cabe hasta en la imaginación.

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  • Tarea 11. Elige a un personaje para el apartado “Vidas de ciencia”: Watt o Joule.

 

  • Saber inglés nos resolvería un montón de problemas, y nos daría acceso a magníficos recursos en vídeo; como las imágenes no necesitan traducción, ya sabes, a ojearlos. Si tienes tiempo, ganas y curiosidad, “El universo mecánico” te desvelará las transformaciones de la energía, en español.

 

 

  • Tarea 12. El Proyecto Arquímedes, del CNICE, desarrolla digital y estupendamente los contenidos de este tema sobre trabajo, potencia y energía, sus formas y las transformaciones energéticas. Si es que está todo hecho; la cuestión es encontrarlo y sacarle partido. ¡A trabajar!

 

  • Todo lo que siempre has querido saber sobre máquinas simples y no te has atrevido a preguntar está en MecanESO y en esta sencilla presentación que te refrescará la memoria (que se da en Tecnologías de 2º de ESO, ¿ya no te acuerdas?):

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  • Tantas relaciones entre trabajo y energía conviene tenerlas muy claritas. Aquí tienes un mapa conceptual para centrar ideas:

mapa concetual energá

 

6 Comentarios a “09 Trabajo y energía mecánica”

10 03 2009
carl (07:32:46) :

quisiera ver si me pueden ayudar con este problema

Una señora quiere que le paguen el vidrio frontal de su automóvil. Aunque el grupo de vándalos admite haber lanzado globos llenos de agua desde la azotea de un comercio local al paso de los automóviles, también afirma, basado en sus amplios conocimientos de Física, que esto no puede causar la ruptura del cristal delantero.

Sumamente indignada, la señora afirma por otra parte, que su cristal se quebró debido al golpe del agua mientras ella circulaba, a velocidad normal, tranquilamente por la calle Otero.
El padre de uno de los vándalos, aunque comparte la indignación de la señora, observa que el automóvil en cuestión se aprecia dañado por todos lados y pudiera creerse que el cristal ya estaba roto. Para ello les pide su ayuda porque quiere actuar con justicia, pero también si es el caso, quiere evitar pagar por un cristal que no fue roto en el lamentable incidente.

NOTA 1. Aunque un parabrisas nuevo de alta tecnología puede resistir presiones al impacto de entre 7500 y 30,000 psi, se considera que uno usado que pudiera tener marcas de impactos previos, se rajaría a partir de allí, con una presión a lo mucho de 10% de la especificada inicialmente (Fuente de la información técnica de esta nota: www.glasfiles.com).

NOTA 2. La calle Otero tiene 25 metros de ancho con todo y banquetas, y en ella se permite una velocidad máxima de 50 km/hr.

NOTA 3. El comercio en cuestión se encuentra frente a la calle Otero y su azotea está a 5 metros de altura sobre el nivel de la calle.

NOTA 4. No se cuenta con información acerca del volumen de agua, la velocidad con que fue lanzado el globo, el ángulo de lanzamiento con la vertical, el ángulo entre las trayectorias horizontales del globo y del vehículo, ni tampoco el estado inicial del vidrio del automóvil.

Instrucciones El problema anterior no tiene una respuesta “correcta”; más bien pondrá a prueba tu capacidad para aplicar tus conocimientos teóricos a una situación de la vida real. Sin embargo, en este tipo de situaciones los datos son ambiguos, inexactos o inexistentes, así que tendrás que utilizar tu sentido común e improvisar, a partir de la información que posees. Lo importante es que llegues a una conclusión que sea basada en un procedimiento lógico, respaldado por tus conocimientos de Física.

escribe una conclusión sobre si se puede quebrar el cristal delantero de un automóvil lanzando un globo con agua hacia la calle desde una altura determinada. Explica por qué.

12 01 2011
Yessenia (23:46:33) :

quisiera saber como puedo hacer un mapa mental sobre las concecuencias de la energia mecanica

13 01 2011
Inma (10:36:17) :

Un mapa conceptual es algo similar al esquema que figura al final de este tema de energía y trabajo, donde se organiza la información respecto a un concepto central.
Tal vez pueda servirle de orientación el siguiente enlace: http://horacio046.files.wordpress.com/2009/10/energia-mecanica1.jpg?w=450&h=359, obtenido con una búsqueda de imágenes en Google sobre los términos “esquema energía mecánica”. Pruebe Vd. a encontrar otros, e incluso a elaborar el suyo propio.

21 11 2011
jose manuel (17:06:46) :

me gusta su informacion.. simpley de pokas palabras y mil bediciones.. ruido

28 03 2012
roger (02:50:32) :

esta pagina esta muy buena a verdad que si es que aparte de tener videos han agregado diapositivas que es muy bueno porque permite que el usuario aprenda mas y mejor. y me gusta la pagina.

4 12 2013
Abelardo (12:03:44) :

Que buena página, felicidades y saludos desde México.

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