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PRIMERA GUIA 1 DE FISICA MECANICA DEL PRIMER SEMESTRE DEL AÑO 2020
Tipo: Diapositivas
1 / 16
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¡No te pierdas las partes importantes!
Física Mecánica
Guía 3
Presentado por:
Juan Carlos Gaviria
Jheison Amórtegui
Viviana Cespedes
Mayerly Hincapié
María Paula Farfán
Crhistian Palacio
Presentado a:
Eduardo Ramírez Valencia
Universidad EAN
Pregrado Ingeniería Industrial.
Domingo 23 de mayo 2021.
En esta guía podremos comprender la relación entre trabajo-energía y fuerza,
complementado las teorías y aplicaciones de las leyes de newton con el teorema de
Trabajo-energía, logrando así comprender las aplicaciones y efectos que tienen las
diferentes formas de energías, destacando la energía cinética y energía potencial, que son
las bases de muchos principios de trabajo-energía que complementan y fortalecen el
pensamiento físico y analítico de las situaciones cotidianas.
Comprender los conceptos de energía, sus aplicaciones y funciones
Analizar los comportamientos de la energía cinética y potencial en el movimiento de
cuerpos
Identificar, analizar y solucionar modelos mediante la comprensión del teorema de
trabajo-energía
Realizar experimentos prácticos para entender el comportamiento de la transformación de
la energía.
1.1. Trabajo
En cualquier movimiento, por complicado que sea, el trabajo total realizado sobre una
partícula por todas las fuerzas que actúan sobre ella es igual al cambio en su energía
cinética: una cantidad relacionada con la masa y la rapidez de la partícula(Young, et al
2009). Definimos el trabajo W realizado por esta fuerza constante en dichas W condiciones
como el producto de la magnitud F de la fuerza por la magnitud Fs del desplazamiento:
W = Fs (fuerza constante en dirección del desplazamiento rectilíneo)
1.2. Energía Cinética
Para acelerar una partícula de masa m desde el reposo (energía cinética igual a cero)
hasta cierta rapidez v, el trabajo total efectuado sobre ella debe ser igual al cambio de
energía cinética desde 0 hasta (Young, et al 2009):
mv
2
Tot
1.3. Potencia
La definición de trabajo no hace referencia al tiempo utilizado para realizarlo. Si usted
levanta una barra que pesa 100 N una distancia vertical de 1.0 m con velocidad constante,
realiza (100 N)(1.0 m)= 100 J de trabajo, ya sea que tarde 1 segundo, 1 hora o 1 año para
hacerlo. No obstante, muchas veces necesitamos saber con qué rapidez se efectúa el
trabajo. Describimos esto en términos de potencia. En el habla cotidiana, “potencia”
suele emplearse como sinónimo de “energía” o “fuerza”. En física usamos una definición
mucho más precisa: potencia es la rapidez con que se efectúa trabajo; al igual que el trabajo
y la energía, la potencia es una cantidad escalar. El trabajo medio efectuado por unidad de
tiempo, o potencia media Pmed, se define como (Young, et al 2009):
med
Δ t
med
Potencia media durante el intervalo de tiempo ∆t
Δ W = Trabajo hecho durante el intervalo de tiempo
Δt =¿ Duración del intervalo de tiempo
1.4. Teorema Trabajo-Energía.
Cuando actúan fuerzas sobre una partícula mientras ésta experimenta un desplazamiento,
la energía cinética de la partícula cambia en una cantidad igual al trabajo total realizado
sobre ella por todas las fuerzas. Esta relación, llamada teorema trabajo-energía, es válida
para fuerzas tanto constantes como variables, y para trayectorias de la partícula tanto rectas
como curvas; sin embargo, sólo es aplicable a cuerpos que pueden tratarse como partículas.
(Young, et al 2009).
Tot
2
2
2.1.2. Fuerza Normal NO protagonista del Trabajo
Cite un ejemplo en que la fuerza normal no haga el trabajo, justifique su respuesta
Respuesta
Si dos superficies no están en contacto, no pueden ejercer fuerza normal una sobre la otra.
Por ejemplo, las superficies de una mesa y una caja no ejercen fuerza normal la una sobre la
otra si no están en contacto.
Imagen 2. Trabajo fuerza no Normal
La fuerza normal es la fuerza que las superficies ejercen para prevenir que los objetos
sólidos se atraviesen entre sí.
2.1.3. Cinética y sistema de referencia
Explique por qué la energía cinética depende del sistema de referencia empleado un
ejemplo del anterior hecho
La energía cinética de un cuerpo es aquella que tiene un cuerpo en virtud de su velocidad:
Si observamos cruzar un tren al lado de nosotros a 120Km/h, esa será la velocidad del tren
con respecto a la persona que lo observa, pero un pasajero que se desplace dentro del
solamente notará la velocidad con respecto a su asiento. En conclusión la energía cinética si
depende del sistema de referencia usado.
2.2. Ejercicio “Foro”
En el foro de ejercicios encontrará un ejercicio asignado del Capítulo 5. Resuélvalo de
manera explicativa tomando como ejemplo los ejercicios resueltos del libro guía (identificar,
plantear, ejecutar y evaluar)
Un trineo de masa m recibe una patada en una charca congelada. La patada le
imprime una rapidez inicial de 2.00 m/s. El coeficiente de fricción cinética entre el
trineo u el hielo es de 0.100. Use consideraciones de energía para hallar la distancia
que el trineo recorre antes de detenerse.
La energía cinética es igual a la energía lanzada por la fuerza de rozamiento, que conforma
la fuerza por la distancia recorrida:
f
r
∗ d =
( m. v
2
Si se moviliza en un plano horizontal, tendremos que la fuerza de rozamiento será igual al
coeficiente de roce por el peso (masa por gravedad):
μ ∗ m ∗ g ∗ d =
( m. v
2
Sacamos la masa (m) en uno y otro miembro de la ecuación:
μ ∗ g ∗ d =
v
2
Realizando el despeje de la distancia d, tendremos que:
d =
v
2
2 ∗ μ ∗ g
Tomando la aceleración de la gravedad de 9,8 m/s^2, tendremos entonces que:
d =
m
s
2
2
m
s
2
2.4. Simulación bucle
Abra el objeto de aprendizaje Energy-skate-park_es_CO.jar y cree una pista de patinaje te
tenga un bucle, como la que se muestra en la imagen.
Imagen 4. Pista de Patinaje.
Lance al patinador desde uno de los extremos más altos, de tal forma que alcance el
extremo opuesto y se devuelva sucesivamente. Abra la gráfica de Energía como función del
tiempo. Incluya un pantallazo de la anterior gráfica en el informe técnico. Respecto a la
gráfica responda
¿Es posible reconstruir la forma de la pista a pista a partir de la información
que está en la gráfica? Justifique su respuesta.
Imagen 5: Punto inicial
Imagen 6: Punto intermedio.
mv
2
Por tanto al notar que los datos de energía potencial es igual a la energía cinética en
algunos sectores, identificamos que tenemos un bucle.
¿Es posible determinar la dirección en la que el patinador recorre la pista a
partir de esta gráfica? De ser afirmativa su respuesta, explique paso a paso
su razonamiento.
No, la dirección no se puede hallar puesto que por conceptos sabemos que la energía es
una magnitud escalar, no vectorial. Al ser una magnitud escalar, la energía no tiene dirección.
2.5. Simulación Cambios de Energía
Seleccione una disposición de los elementos de la simulación de las opciones de tal manera
que haya una transformación de energía. Anexe un pantallazo de la disposición en el informe.
Responda:
Imagen 9. Simulación cambio de energía.
¿Cuáles son las formas de energía final e inicial?
Como podemos observar, nuestra energía inicial la representa la Energía química la cual
corresponde a la energía que transforma el cuerpo de los alimentos que ingerimos. Y finaliza
con energía Térmica, al calentar el agua.
¿Cuáles son las formas de energía intermediarias?
La primera energía intermedia que encontramos, es la energía mecánica, producida, en este
caso, por el movimiento de la llanta de la bicicleta con la correa y rueda del generador. De
dicho generador, se desprende la segunda energía intermedia, que corresponde a la energía
eléctrica.
La energía cinética se relaciona con las trasformaciones de energía. De acuerdo con
su simulación, ¿qué objetos se mueven para trasportar la energía?
Empezamos revisando el cuerpo de la persona que inicial el movimiento, la cual desplaza
las articulaciones inferiores (piernas, rodillas y pies), para mover los pedales, rueda, correa y
eje receptor (polea), que serían los objetos que se moverían luego de la energía inicial dada
por la persona, esta energía se concentra en el generador y se mueve a través de un circuito
eléctrico hasta llegar al calentador y posteriormente a la bombilla.
Si en la simulación o un experimento se notará un desbalance entre las cantidades
de energía final o inicial de alguno de los procesos ¿qué explicación se podría dar a
este fenómeno?
Esto pasaría en el caso que el sistema tenga una fuga de energía, o que alguno de los
componentes no esté bien sincronizado o este fallando. Ya que como bien se conoce en la
física básica, “la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma” por lo que es evidente
que dicha energía está tomando otro camino y afecta el resultado del sistema, siendo mucho
menos efectivo.
Young, H., Freedman, R., Sears, F., y Zemansky, M. (2009). Movimiento en línea recta.
Fuerte, R. (Ed). Física Universitaria. (12.ª ed.). (pp. 36-70). AddisonWesley Pearson
Educación.
Young, H., Freedman, R., Sears, F., y Zemansky, M. (2009). Movimientos en dos o en
tres dimensiones. Fuerte, R. (Ed). Física Universitaria. (12.ª ed.). (pp. 71– 106).
Addison-Wesley Pearson Educación
Castelli, M., y Ruani, A. (s.f.). Caída Libre. Escuela de Educación Técnica Profesional n.º
Franco, A. (s.f.). Errores en las medidas. Recuperado de
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/unidades/medidas/medidas.htm
Serway, R., y Jewett, J. (2008). Movimiento en una dimensión. Cervantes, S. (Ed). Física
para Ciencias e Ingeniería. (7.ª ed.). (pp. 19–52). Cengage Learning.
