domingo, 27 de marzo de 2011

trabajo

En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza se define como el producto de ésta por el camino que recorre su punto de aplicación y por el coseno del ángulo que forman el uno con el otro.  El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra \ W y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.Matemáticamente se expresa como:
W = \vec F \cdot \vec d = F d \cos\alpha
Donde \ W es el trabajo mecánico, \ F es la magnitud de la fuerza, \ d es el desplazamiento y \ \alpha es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento .




unidades de medida de trabajo
sistema mks: 

 T=f.d
 T=nw.m
 T=kg.m/seg2.m
 T=kgm2/seg2  = joule =julio
sistema cgs :

T=f.d
T=dina.cm
T=gr.cm/seg2.cm
T=gr.cm2/seg2 = ergio

sistema fps :

T=f.d
T=poundal.ft
T=lb.ft2/seg2 =foot-poundal

sistema gravitacional :

T=f.d
T=kgf.m =kilogrametro -kgm
kilopondio=kp

ejemplo de trabajo:
  • que trabajo realiza una hormiga que pesa 1gf al subir 80 cm?expresa el T en J,E y KGM
datos:                                              
w: 1grf
D: 80cm                                                      80cm ---- m
T=f.d                                                           80cm x1m/100cm=0,8m
T=nw.m                                                     dina=0,8m
T=9,8x10-3m.0,8m
T=7,84x10-3 Julios                                1grf=980 dinas
                                                                     1grf ----dinas
7,84x10-3. 1ergio /10-7J                         1grf. 980 dinas /1grf= 980dinas

T=78.400 ergios                                       980 dinas  ---- nw
                                                                      980 dinas.1 nw/ 1dinas=
7,84x10-3J. 1kgm/9,8J                             9,8x10-3 nw
T=0,0008 kgm


ejemplo:
Un cuerpo cae libremente y tarda 3 s en tocar tierra. Si su peso es de 4 N, ¿qué trabajo deberá efectuarse para elevarlo hasta el lugar desde donde cayo?. Expresarlo en:
a) Joule.
b) kgm.

Desarrollo

L = F.d
En éste caso se trata de la fuerza peso, por lo tanto:
L = P.d
y al ser un movimiento vertical la distancia es la altura:
L = P.h
Mediante cinemática calculamos la altura para caída libre.
h = ½.g.t ²
h = ½ × 9,807 (m/s ²) × (3 s) ²
h = ½ × 9,807 (m/s ²) × 9 s ²
h = 44,1315 m

Luego:
a)
L = P × h
L = 4 N × 44,1315 m
L = 176,526 J

b)
L = 176,526 J/(9,807 kgf.m × J)
L = 18 kgf.m


potencia

En física, potencia (símbolo P) es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.Si ΔW es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo de duración Δt, la potencia media durante ese intervalo está dada por la relación:
\bar{P} \equiv \left\langle P\right\rangle = \frac{\Delta W}{\Delta t}
La potencia instantánea es el valor límite de la potencia media cuando el intervalo de tiempo Δt se aproxima a cero.
P(t) = \lim_{\Delta t\rightarrow 0} \frac{\Delta W}{\Delta t}\ = \frac{dW}{dt} \,
Donde

            
unidades de potencia:

sistema mks:
1julio / seg = 1 watt
sistema cgs:
1ergio / seg=unidad cgs de potencia
sistema gravitacional:
1kgm / seg = 1 unidad tecnica de potencia


ejemplo de potencia:
Una grúa levanta 2000 kg a 15 m del suelo en 10 s, expresar la potencia empleada en:
a) cv.
b) W.
c) HP.
solucion:
Datos:
m = 2000 kg
h = 15 m
t = 10 s
W = L/t
W = P.d/t
W = m.g.d/t
W = 2000 kg.(10 m/s ²).15 m/10 s
W = 30000 W

a)


1 W®0,00136 cv
30000 W®W = 30000 W.0,00136 cv/1 W

W = 40,8 cv

1 W®0,102 kgf.m/s
30000 W®W = 30000 W.0,102 (kgf.m/s)/1 W

W = 3060 kgf.m/s

1 W®0,00134 HP
30000 W®W = 30000 W.0,00134 HP/1 W


W = 40,2 HP




Energia

Definición de energía
La energía mecánica es la parte de la física que estudia el equilibrio y el movimiento de los cuerpos sometidos a la acción de fuerzas.
Hace referencia a las energías cinética y potencial.
energía es la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo. Todos los cuerpos poseen energía y pueden producir cambios sobre sí mismos y sobre otros elementos.
Cuando se realiza cualquier actividad, la energía que perdemos es transmitida a otros objetos. Por eso se dice que la energía nunca se pierde, sino que se transforma.
energia cinetica
Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.
Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento, es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.
Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.
energia potencial
Todo cuerpo que se ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial.
Esta afirmación se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso. El movimiento o deformación será tanto mayor cuanto mayor sea al altura desde la cual cae el objeto.
Otra forma de energía potencial es la que está almacenada en los alimentos, bajo la forma de energía química. Cuando estos alimentos son procesados por nuestro organismo, liberan la energía que tenían almacenada.
Para una misma altura, la energía del cuerpo dependerá de su masa. Esta energía puede ser transferida de un cuerpo a otro y aparecer como energía cinética o de deformación. Sin embargo, mientras el cuerpo no descienda, la energía no se manifiesta: es energía potencial.
Todos los cuerpos tienen energía potencial que será tanto mayor cuanto mayor sea su altura. Como la existencia de esta energía potencial se debe a la gravitación (fuerza de gravedad), su nombre más completo es energía potencial gravitatoria.

unidades de medida de energia
la unidad de medida de trabajo = la unidad de medida de energia por lo tanto:
sistema mks:                                                                 sistema cgs: 

T= f.d ----- T= nw.m                                                   T= f.d------ T= dina.cm
T=kgm. m                                                                      T=gr.cm .cm
      seg2                                                                                  seg2
T=kgm2/seg2 =joule = julios                                      T=gr.cm2 = ergios
                                                                                                 seg2

sistema fps:                                                                         sistema gravitacional:

T=f.d ------ T=poundal.ft                                            T=f.d ----- kgf.m
T=lb.ft .ft                                                                                          =kilogrametro
       seg2                                                                                            =kgm
T= lb.ft2 : fot-poundal
        seg2
Formulas:
para hallar energia cinetica :
EC = 1/2.m.v2
para hallar energia potencial:
EP = m.g.h
para hallar energia potencial elastica:
ejemplo de energia
 Un carrito de 10 kg de masa se mueve con una velocidad de 3 m/s, calcular: a) La energía cinética si debe subir una pendiente.
b) La altura que alcanzará.

Desarrollo

Datos:
m = 10 kg
vi = 3 m/s
Se adopta g = 10 m/s ²
a) Ec = ½.m.vi ²
Ec = ½.10 kg.(3 m/s) ²
Ec = 45 J

b) La energía cinética inicial permitirá el ascenso hasta que se transforme completamente en energía potencial.
Ec = Ep = m.g.h
45 J = 10 kg.10 (m/s ²).h
h = 45 J/100 N
h = 0,45 m


video:

Energia nuclear

La energía nuclear procede de reacciones de fisión o fusión de átomos en las que se liberan gigantescas cantidades de energía que se usan para producir electricidad.
En 1956 se puso en marcha, en Inglaterra, la primera planta nuclear generadora de electricidad para uso comercial. En 1990 había 420 reactores nucleares comerciales en 25 países que producían el 17% de la electricidad del mundo.
En los años cincuenta y sesenta esta forma de generar energía fue acogida con entusiasmo, dado el poco combustible que consumía (con un solo kilo de uranio se podía producir tanta energía como con 1000 toneladas de carbón). Pero ya en la década de los 70 y especialmente en la de los 80 cada vez hubo más voces que alertaron sobre los peligros de la radiación, sobre todo en caso de accidentes. El riesgo de accidente grave en una central nuclear bien construida y manejada es muy bajo, pero algunos de estos accidentes, especialmente el de Chernobyl (1986) que sucedió en una central de la URSS construida con muy deficientes medidas de seguridad y sometida a unos riesgos de funcionamiento alocados, han hecho que en muchos países la opinión pública mayoritariamente se haya opuesto a la continuación o ampliación de los programas nucleares. Además ha surgido otro problema de difícil solución: el del almacenamiento de los residuos nucleares de alta actividad. 


energia nuclear en japon:
El terremoto en Japón ha reabierto un doloroso debate sobre la energía nuclear. El tsunami que se generó dañó, además, de otras centrales nucleares, la de Fukushima. Tres explosiones y un incendio han provocado un alto riesgo radiactivo que pone a los habitantes del país en peligro.
Las reacciones no se han hecho esperar y la canciller alemana, Angela Merkel, anunció la paralización de las centrales atómicas más antiguas de Alemania, mientras dure la moratoria de tres meses para verificar la seguridad de las centrales nucleares del país.
Estos episodios dañan aún más la deteriorada imagen que tiene este tipo de energía. Japón es el tercer productor de energía nuclear, por detrás de Estados Unidos y Francia. De hecho, el 80% de la energía que produce nuestro país vecino provienen de las 59 centrales nucleares y es el principal exportador de energía en Europa.
Sin embargo, apostar por este tipo de energías permitiría reducir, por un lado, la excesiva dependencia del petróleo, minimizando al máximo el impacto de las subidas de precios en la inflación y en la economía, sin olvidar que los recursos terminarán por agotarse y, por otro lado, apostar por unas energías más limpias. Producir un kilovatio/hora con energía nuclear supone emitir a la atmósfera cero gramos de carbono. La energía eólica produce entre 5 y 10 gramos; la biomasa entre 10 y 20; el hidrógeno hasta 60 gramos; la solar entre 30 y 60 gramos, el gas natural entre 120 y 180 gramos; el petróleo entre 220 y 245 gramos y el carbón entre 260 y 355 gramos.
Pero sin duda, la energía nuclear genera muchas críticas y miedos motivados por el almacenamiento de los residuos nucleares y por posibles accidentes. En este último apartado, Chérnobil en 1986 se llevó la palma. Las imágenes de la destrucción siguen en la retina de medio mundo y han despertado con la difícil situación de Fukushima.
Pero es aquí cuando hago de abogado del diablo en favor de ella. La paupérrima economía de la antigua Unión Soviética hacía que la planta ucraniana no tuviera fondos suficientes para su conservación. En Japón, un país donde sus construcciones se hacen a prueba de terremotos, se escogió una ubicación para la planta de Fukushima que no estaba a prueba de tsunamis. El debate de la energía nuclear no debería ser si sí o si no. Sino que cuando se apueste por ella se debe hacer con garantías de mantenimiento y cuidado y resistente a catástrofes naturales.
video: