Experimentos sobre trabajo y energíaFísica I. Grupo I Estudiantes: Kalexia Victoria Gonzales Condori Paola Andrea Peñaranda Pereira El trabajo mecánico Objetivos Dar a conocer el trabajo mecánico a través de la experiencia. Determinar si el trabajo mecánico es proporcional a la fuerza aplicada por medio de la deformación de una liga. Introducción.- Trabajo mecánico Se llama trabajo mecánico a aquel desarrollado por una fuerza cuando ésta logra modificar el estado de movimiento que tiene un objeto. El trabajo mecánico equivale, por lo tanto, a la energía que se necesita para mover el objeto en cuestión. En este contexto, el trabajo mecánico puede entenderse como una magnitud física de tipo escalar, que se expresa mediante la unidad de energía conocida como julio. Siempre que una fuerza se aplica sobre un cuerpo y lo desplaza, realiza un trabajo mecánico que puede medirse en julios. Cuando el trabajo mecánico (que se simboliza con una letra W, por el término inglés “work”) es expresado a través de una ecuación, se menciona que W es igual a la fuerza que se aplica por la distancia que se recorre. Esto se debe a que el trabajo mecánico supone que la fuerza se aplica en una determinada trayectoria. Un ejemplo simple de trabajo mecánico lo encontramos cuando un trabajador empuja una carretilla cargada con ladrillos desde un sector de una obra en construcción hacia otro. La persona aplica una fuerza para mover la carretilla: por lo tanto, efectúa un trabajo mecánico. La aplicación de dicha fuerza se mantiene hasta que el hombre deja de empujar la carretilla; una vez que deja de empujar (es decir, de desarrollar el trabajo mecánico), la carretilla se detiene. El trabajo en mecánica Trabajo de una fuerza.- Consideremos una partícula sobre la que actúa una fuerza , función de la posición de la partícula en el espacio, esto es y sea un desplazamiento elemental (infinitesimal) experimentado por la partícula durante un intervalo de tiempo . Llamamos trabajo elemental, , de la fuerza durante el desplazamiento elemental al producto escalar ; esto es, si no hay desplazamiento. entonces el vector tangente a la trayectoria viene dado por y podemos escribir la expresión anterior en la forma donde representa el ángulo determinado por los vectores y y es la componente de la fuerza F en la dirección del desplazamiento elemental . El trabajo realizado por la fuerza durante un desplazamiento elemental de la partícula sobre la que está aplicada es una magnitud escalar. Grupo I Estudiantes: Kalexia Victoria Gonzales Condori Paola Andrea Peñaranda Pereira Si representamos por la longitud de arco (medido sobre la trayectoria de la partícula) en el desplazamiento elemental. Así pues. por la circulación de sobre la curva entre los puntos A y B. . que podrá ser positiva. esto es .Experimentos sobre trabajo y energía Física I. el trabajo realizado por una fuerza constante viene expresado por el producto escalar de la fuerza por el vector desplazamiento total entre la posición inicial y la final. a no ser que la fuerza sea conservativa. Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica. siendo nulo en una trayectoria cerrada. Fuerza constante sobre una partícula En el caso particular de que la fuerza aplicada a la partícula sea constante (en módulo. el trabajo es una magnitud física escalar que dependerá en general de la trayectoria que una los puntos A y B. en cuyo caso el trabajo resultará ser independiente del camino seguido para ir del punto A al punto B. se tiene que es decir. dicha fuerza no realiza trabajo alguno. su desplazamiento total entre dos posiciones A y B puede considerarse como el resultado de sumar infinitos desplazamientos elementales y el trabajo total realizado por la fuerza en ese desplazamiento será la suma de todos esos trabajos elementales. según que el ángulo sea agudo. dirección3 y sentido4 ). Así. Si la partícula P recorre una cierta trayectoria en el espacio. el trabajo viene dado por la integral curvilínea de a lo largo de la curva que une los dos puntos. nula o negativa. o sea Esto es. recto u obtuso. el trabajo también será nulo. podemos afirmar que el trabajo no es una variable de estado. Asimismo. en otras palabras. el momento resultante .- 1. la velocidad del centro de masas y la velocidad angular : Trabajo y energía cinética Para el caso de una partícula tanto en mecánica clásica como en mecánica relativista es válida la siguiente expresión: Multiplicando esta expresión escalarmente por la velocidad e integrando respecto al tiempo se obtiene que el trabajo realizado sobre una partícula (clásica o relativista) iguala a la variación de energía cinética: Materiales. Matemáticamente ese trabajo puede expresarse como integral: Si se trata de un sólido rígido las fuerzas de volumen puede escribirse en términos de la fuerza resultante . Trabajo sobre un sólido rígido Para el caso de un sólido el trabajo total sobre el mismo se calcula sumando las contribuciones sobre todas las partículas. Se cortara una liga por un extremo con las tijeras. entonces representará al vector resultante de todas las fuerzas aplicadas. . Grupo I Estudiantes: Kalexia Victoria Gonzales Condori Paola Andrea Peñaranda Pereira Si sobre una partícula actúan varias fuerzas y queremos calcular el trabajo total realizado sobre ella.- Un metro de estambre resistente Cuatro ligas Una cinta métrica o flexómetro Unas tijeras Cuatro revistas delgadas de la misma forma y tamaño.Experimentos sobre trabajo y energía Física I. Procedimiento. 5 cm 0.7 cm 5. 6. Calcule la longitud que la liga se estiro en cada caso.- Complete la siguiente tabla con los resultados obtenidos en el experimento.- Resultados. 3. Se jalara la liga por el otro extremo hasta que la revista se levante un centímetro de la superficie de trabajo. 5.2 cm 5.5 cm 0. Se utilizara una liga sin deformar en cada ocasión. (LO) Y anote los cuatro valores en la tabla de su hoja de respuestas.5 cm 2 4.1 cm 0.5 cm 5 cm 0. Grupo I Estudiantes: Kalexia Victoria Gonzales Condori Paola Andrea Peñaranda Pereira 2.4 cm 3 5. por medio de la siguiente expresión: E= (L) . 4. 3 y 4 revistas atadas al estambre. Montaje.5 cm .Experimentos sobre trabajo y energía Física I. Número de Longitud de la liga sin Longitud de la liga E = L-L0 revistas deformar (L0) deformada (L) 1 4. ya que las usadas no se recuperan completamente y habría errores en su determinación. Con ayuda se medirá la liga (L) y se registrara el dato. Se amarrara una revista con el estambre y se amarrara el otro extremo el extremo libre del estambre a uno de los extremos de la liga.3 cm 4 5 cm 5. Se repetirá el experimento con 2. Se medirá la longitud de la liga sin estirar (LO). Grupo I Estudiantes: Kalexia Victoria Gonzales Condori Paola Andrea Peñaranda Pereira Responde. .Experimentos sobre trabajo y energía Física I.- 1. ¿Qué puede concluir de la gráfica sobre el trabajo mecánico que se requiere para desplazar las revistas cierta distancia? Al ejercer una fuerza se logró modificar el estado de longitud que tenía la liga inicialmente. donde según los resultados de los cuatros experimentos se logró observar que el desgaste de la liga era similar ya que se tenía el mismo peso a levantar.