Trabajo y Energía Por: Allan Danilo Bejarano
Los conceptos de masa, velocidad, aceleración, desplazamiento, distancia y fuerza, se relacionan en uno solo, o bueno un concepto que puede tener dos connotaciones dependiendo a quien nos referimos si al objeto o a la persona que realiza el trabajo. Estos conceptos son: el trabajo y la energía. Para entender lo que es la energía primero tenemos que definir lo que es el trabajo. El trabajo que lo representamos con la letra W mayúscula, ( por por la palabra en ingles work, que significa trabajo). trabajo). “e s el producto de la fuerza que necesitamos aplicarle a un cuerpo para lograr moverlo de un lado a otro”. O visto de otra otra manera el trabajo es la forma de darle energía al cuerpo, puesto “que la energía no se crea ni se destruye solo se transforma” (luego hablaremos acerca de la energía). Es decir W= F. s , donde F es la fuerza aplicada que se expresa en newton N , y s representa el desplazamiento cuya unidad es el metro m. Cuando multiplicamos las unidades newton por metros resultan los Joule, que es la unidad usada para el trabajo realizado y para energía. Si analizamos la formula W= F. s , recordemos que la fuerza F es igual a la masa del cuerpo por la aceleración a la que está sometido dicho cuerpo F = m. a , es decir que el trabajo depende del movimiento, no podría haber trabajo en ausencia de movimiento, pues W= F. s y si s= 0 , tenemos que W= F . (0) . Y al mencionar que hay un movimiento es necesario (0) = 0 que hablemos de energía. La fuerza es el puente a través del cual se transmite la energía de un cuerpo a otro. Aunque no necesariamente la usencia de movimiento representa ausencia de energía, ni que la presencia de energía involucre necesariamente movimiento. Otra forma de ver lo que es el trabajo es usando el cálculo: W= ∫F.ds , o sea que W total = ∑ = ∑ W= ∫ = 2
W= ½ .m.v la letra K.
() ) ∫
= m∫
=
∫ ∫
2
W =[½ v ]
v
– ½ .m.vo2 como vemos ½ .m.v2 es la energía cinética, y la simbolizamos con
Pero cuando relacionamos la energía y el trabajo a través del movimiento estamos hablando de un tipo de energía; la energía cinética. Sabemos de lo aprendido anteriormente sobre la cinemática y leyes de Newton que dos veces la aceleración aceleración por el desplazamiento por dos 2 es igual a la velocidad de un cuerpo al cuadrado, es decir que V = 2.a.s., pero si observamos con atención la aceleración es igual a fuerza entre la masa a= F/m entonces 2 , si observamos F . s = W , despejando obtendríamos que W = V 2 .m/2 o W= V = 2.F/m.s
2
½.V .m, y es a esto que llamamos energía cinética, es decir que “la energía cinética es el
trabajo necesario para cambiar un cuerpo que está en reposo hasta una velocidad deseada”. El trabajo es lo que hace la persona o cuerpo que mueve el objeto, pero la energía la posee el objeto al recibir la fuerza. Es decir que hay una transferencia de energía a través de una fuerza. No es lo mismo energía que fuerza, pero si debemos tener en mente que la “energía es proporcional a la fuerza”. Ya vimos que un cuerpo en reposo no posee energía cinética, pero ¿Qué pasa si ese cuerpo en reposo se encuentra a una altura determinada con respecto al suelo? ¿Posee o no posee energía por estar en reposo? Claro que posee energía pues se ha realizado un trabajo para que dicho cuerpo se encuentre a una altura distinta del suelo. Pero la energía que posee ya no es cinética, sino que la llamamos potencial. Es potencial porque depende de la ubicación del cuerpo, o podríamos decir que el cuerpo tiene una capacidad de movimiento aunque no se esté moviendo. La energía potencial depende de dos factores, la fuerza y la distancia o desplazamiento. Pero en el caso particular de la energía potencial la fuerza será igual que la cinética, el peso del cuerpo, pero en vez de hablar de distancia hablaremos de altura. Es decir W= p. h , o bien U= F. h , donde F es m. , y h la altura, es decir que el trabajo es igual al peso del cuerpo por la altura a la que se g encuentra dicho cuerpo. La energía potencial depende de la gravedad y es por eso el hecho de llamarla energía potencial gravitatoria. Recordemos que el peso es una fuerza, que se obtiene de multiplicar la masa de los cuerpos por la gravedad de la tierra. Es decir que entre más distante este un cuerpo del suelo, mas energía potencial posee. Para simbolizar energía potencial usaremos la letra mayúscula U. Como ya vimos un cuerpo posee dos tipos de energía dependiendo de donde se encuentre el objeto, al sumar estas dos tipos de energía encontramos lo que llamamos energía mecánica. 2 La energía total mecánica está dada por E m = K + U , o (½. V . M) + (F . h)= W. es la suma de la energía cinética y la energía potencial. Cuando el cuerpo está en la altura máxima su energía total mecánica será F. h = U, o sea energía potencial gravitatoria, y cuando el cuerpo se encuentre en movimiento, o cayendo libremente su energía total será la suma de , si somos observadores nos daremos cuenta que U disminuye a medida que el cuerpo U + K cae, y se acerca al suelo. Pero cuando el cuerpo llegue al suelo la energía total del cuerpo será la energía cinética porque ya no tendremos altura. En conclusión diremos que el trabajo es la forma de darle energía a un cuerpo, o sea que la energía es del cuerpo, “ y la fuerza es el canal a través de la cual se transfiere la energía”, ya sea a través del movimiento, lo cual llamamos energía cinética, o a través de poner a una altura determinada el cuerpo, la cual es la energía potencial. Al sumar ambas energías nos resulta la energía mecánica, que es la energía total de un cuerpo.
Bibliografías consultadas: Física, Resnick-Halliday- Krane, Volumen 1, CECSA. Física para Ciencias e Ingeniería, Serway-Jawett, Volumen I, CENGACE Apuntes de la Clase de Física General 1, Ing. Cristian Ordóñez http://www.youtube.com/watch?v=OMmz8oHaOQ4
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL “FRANCISCO MORAZÁN”
FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE CIENCIAS NATURALES
FISICA GENERAL 1
CATEDRÁTICO: CRISTIAN ORDÓÑEZ
ALUMNO: ALLAN DANILO BEJARANO VERDE REGISTRO: 0814198500310 TRABAJO: ENSAYO SOBRE “TRABAJO Y ENERGÍA”
TEGUCIGALPA M.D.C., 07 DE DICIEMBRE DE 2011
