COLEGIO DE SAN FRANCISCO DE PAULA SevillaDepartamento de Ciencias Naturales Curso 15-16

TEMA 8. Trabajo, energía y potencia

1. TRABAJO, ENERGÍA Y POTENCIA

Se define trabajo como el producto de la fuerza aplicada por la distancia. Se mide en Julios (J):

W=F·d

Energía es la capacidad de generar movimiento o lograr la transformación de algo, en definitiva, es la capacidad de producir un trabajo. Como este, se mide también en Julios.

La potencia es el trabajo desarrollado por unidad de tiempo o también la energía empleada en algo por unidad de tiempo:

P=Wt

= Et

En el SI se mide en watios (W).

2. TIPOS DE ENERGÍA. TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA Y SU CONSERVACIÓN.

Algunos de los principales tipos de energía son: Energía electromagnética- es una mezcla de la energía eléctrica y magnética, y la

poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta , los rayos infrarrojos…

o Energía eléctrica- La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético.

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o Energía magnética- es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético.

Energía mecánica- La energía mecánica es la energía que se debe a la posición y al movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energías potencial y cinética de un sistema mecánico:

EM=Ec+Ep

o Energía cinética- Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo.

Ec=½·m·v2

o Energía potencial- La energía potencial es el tipo de energía mecánica asociada a la posición o configuración de un objeto.

Ep=m·g·h

Energía térmica- se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura.

Según su origen, además, podemos hablar de: Energía eólica- Es la que tiene el viento, y que se suele convertir en eléctrica

mediante los generadores eólicos. Energía solar- La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación

electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol.

Energía nuclear- La energía nuclear es la energía que se obtiene al manipular la estructura interna de los átomos.

Energía química- La Energía química es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.

Energía hidráulica-  La Energía hidráulica es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura (que posee energía potencial gravitatoria).

Energía sonora- Es la energía que transmiten o transportan las ondas sonoras. Energía fotovoltaica- La energía fotovoltaica es la transformación directa de la

radiación solar en electricidad. Energía geotérmica- Es una fuente de energía renovable que aprovecha el calor

que existe en el subsuelo de nuestro planeta Energía mareomotriz- se produce gracias al movimiento generado por las

mareas, esta energía es aprovechada por turbina.

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El principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. Generalmente, la energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles. Por ejemplo, en un volcán la energía interna de las rocas fundidas puede transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad de calor.

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Un caso particular es el de los objetos en movimiento, que poseen energía mecánica. Según el principio de conservación de la energía mecánica, en ausencia de fuerzas disipativas (que hacen perder energía, como el rozamiento), la energía mecánica, suma de la energía potencial y la cinética, se mantiene constante.

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Problemas Tema 8. Trabajo, energía y potencia

1. Calcula el trabajo realizado por una fuerza de 20 N aplicada a un objeto durante un trayecto de 5 m.

2. ¿Durante qué distancia estuvo siendo aplicada una fuerza de 100 N sobre un objeto si el trabajo realizado fue de 2000 J?

3. ¿Qué potencia se aplicó en el ejercicio anterior si el trabajo se hizo en 40 s?

4. Se hizo un trabajo de 10 000 J sobre un objeto a lo largo de 60 m de recorrido. ¿Qué fuerza se le aplicó?

5. ¿Qué potencia se empleó en el caso anterior si el recorrido se hizo en 5 min?

6. ¿Qué trabajo se está aplicando si la potencia es de 1500 W durante 30 s?

7. Calcula la energía potencial de un bolígrafo de 20 g situado sobre una estantería de 1.80 m de altura.

8. Si el bolígrafo anterior cae al suelo, ¿cuál será su velocidad?

9. ¿Qué energías potencial y cinética tiene el bolígrafo de antes a medio camino del suelo?

10. Un globo de 2 g tiene una energía de 40 J, ¿a qué altura está?

11. ¿A qué altura subirá una moneda lanzada hacia arriba a 10 m/s de velocidad?

12. En una montaña rusa, ¿podría una vagoneta llegar más alto que la altura desde la que se deja caer?, ¿por qué?

13. Calcula el trabajo que realiza un caballo al arrastrar un carro durante 2 km. si un dinamómetro puesto entre el carro y el caballo marca unos 1750 N.

14. En un circo, un elefante empuja una caja a lo largo de 15 m. Mediante un dinamómetro sabemos que ha ejercido una fuerza de 250 N. ¿Qué trabajo ha realizado?

15. ¿Qué trabajo realizas al elevar un objeto que pesa de 90 N por una escalera hasta una altura de 10 m? ¿Y al transportar el mismo peso por una superficie horizontal una distancia de 5 m?

16. ¿Qué potencia desarrolla una máquina que realiza un trabajo de 500 J en 10 s? ¿Y otra que realiza un trabajo de 300 J en 5 s? ¿Qué conclusiones obtienes?

17. a) ¿Qué trabajo realiza una bomba para elevar 50 litros de agua a 33 metros de altura? Recuerda: dH2O= 1 g/cm3. b) Si este trabajo lo realiza en 6 segundos, ¿qué potencia desarrolla la bomba?

18. ¿Qué trabajo se realiza al elevar un cuerpo de 3 kg de masa a una altura de 20 m? ¿Cuántos minutos se tarda en hacerlo para desarrollar una potencia de 10 vatios?

19. ¿Qué energía cinética posee un coche de 600 kg de masa circulando a una velocidad de 90 km/h?

20. ¿Qué energía potencial han almacenado 75 litros de agua a 30 m de altura? ¿Qué trabajo ha realizado la bomba encargada de elevar el agua? Si este trabajo lo realiza en 10 segundos, ¿qué potencia desarrolla la bomba?

21. Calcula la energía mecánica de una paloma de 1,5 kg que vuela a 10 m del suelo con una velocidad de 3 m/s.

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22. ¿Qué altura máxima alcanzará una piedra lanzada hacia arriba con una velocidad de 10 m/s?

23. ¿Con qué velocidad llegará al suelo un objeto que se deja caer desde una altura de 29 m?

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