Calculo del trabajo

Una fuerza realiza trabajo cuando su punto de aplicación se desplaza de forma no perpendicular a ella. 

Si la fuerza se desplaza en la misma dirección, se puede calcular mediante la siguiente expresión: 

W= F*(xf-xi)

Pero nosotros vamos a relacionar el trabajo con la ganancia o perdida de energía cinética o potencial. Ya que el trabajo no es una energía que tenga un cuerpo en propiedad, sino que es la energía que se transfiere, es decir, la que gana o pierde un cuerpo.

W y EC (y movimiento)

En un cuerpo en movimiento en el que aumenta o disminuye su velocidad, el W se puede calcular así:

trabajo = variación de la energía cinética 

W =Ec2−Ec1=ΔEc

Si la fuerza resultante tiene la misma dirección y sentido del movimiento, el trabajo realizado se invierte en aumentar la energía cinética:v2>v1→Ec2>Ec1 (si acelera gana energía)

Cuando la fuerza resultante tiene sentido contrario al del movimiento, el trabajo reali-zado se emplea en disminuir la energía cinética:v1>v2→Ec1>Ec2 (si frena pierde energía)

Por tanto, un aumento de velocidad es un aumento de energía cinética.

Actividades

5. ¿Puede ser negativa la energía cinética de un cuer-po?¿Puede ser negativa la varia-ción de la energía cinética que experimenta? ¿Cómo se modifica la energía cinética de un cuerpo si su velocidad se triplica? 

6. Calcula la energía cinéti-ca de un vehículo de 500 kg de masa que circula a una ve-locidad de 90 km/h. 

7. Un vehículo de 600 kg de masa que circula por una carretera recta y horizontal incrementa su velocidad de 10 m/s a 20 m/s. ¿Cuál es el trabajo que ha realizado el motor?

W y EP (y altura)

 

El trabajo tambien puede ser la energía transferida al subir o bajar un objeto. El trabajo realizado por la fuerza peso sobre el cuerpo es igual a la disminución de la energía potencial, es decir: 

W=−ΔEp=Ep2−Ep1

Según esto, no se puede hablar del valor absoluto de la energía potencial gravitatoria que posee un cuerpo situado a una determinada altura, sino únicamente de diferencias de energía potencial. De modo convencional, y para evitar este inconveniente, se considera la superficie terrestre (h= 0) como el nivel cero de energía potencial. 

Signo de la energía: Si un cuerpo gana energía, esta será positiva y si la pierde será negativa. Así, si un coche aumenta su velocidad, está ganando energía, al restar la energía final a la inicial, se obtiene un valor positivo.

Por tanto, un aumento de altura significa un aumento de energía potencial.

Actividades: 

8. ¿Cuanta energía pierdes cuando saltas de 3 m de altura?

9. Calcula la energía potencial del agua de una presa si el volumen de esta es de 106 m3 y se encuentra a 50 m de altura sobre la base. 

10. ¿Qué energía potencial posee una roca en un acantilado si su masa es de 100 kg y se encuentra a 60 m de altura sobre el nivel del suelo?  

11. Un cuerpo de masa m= 10 kg cae desde una altura h= 4 m, como muestra el dibujo. 

a) Calcula su energía potencial gravitatoria inicial, tomando g= 9,8 m/s2.

b) ¿Cuánto vale su energía potencial cuando ha caído al suelo? 

c) Determina el trabajo que realiza la fuerza peso (disminución de la ener-gía potencial) cuando el cuerpo cae desde la altura de 4 m hasta el suelo. 

d) ¿En qué caso es positiva la variación de energía potencial de un cuerpo?