Trabajo

Física Mecánica. Potencia. Vector Fuerza y Desplazamiento. Energía. Máquinas. Polea. Plano inclinado. Torno

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1.-Trabajo

A)Concepto de trabajo en la vida cotidiana

El trabajo es la condición fundamental de toda la vida humana. Es la condición misma del desarrollo del hombre a lo largo de su historia. El trabajo no es solamente un medio para producir bienes o riquezas tomándola de la historia. Es el motor que crea al hombre lo desarrolla , impulsa sus habilidades y capacidades, su inteligencia, así como su cultura.

En la industria, el trabajo tiene una gran variedad de funciones, en la minería y en la agricultura; también hay producción en el sentido amplio del término, o transformación de materias primas en objetos útiles para satisfacer las necesidades humanas; distribución, o transporte de los objetos útiles de un lugar a otro, en función de las necesidades humanas; las operaciones relacionadas con la gestión de la producción, como la contabilidad y el trabajo de oficina; y los servicios, como los que producen los médicos o los profesores.

B)Definición de trabajo en la ciencia física

Trabajo (física), el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento. Las unidades de trabajo son las mismas que las de energía. Cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial. También se realiza trabajo cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores. La fuerza puede no ser mecánica, como ocurre en el levantamiento de un cuerpo o en la aceleración de un avión de reacción; también puede ser una fuerza electrostática, electrodinámica o de tensión superficial (véase Electricidad). Por otra parte, si una fuerza constante no produce movimiento, no se realiza trabajo. Por ejemplo, el sostener un libro con el brazo extendido no implica trabajo alguno sobre el libro, independientemente del esfuerzo necesario.

* Trabajo Mecánico

El trabajo mecánico es una fuerza escalar producido solo cuando una fuerza mueve un cuerpo en su misma dirección. El trabajo mecanico es algo que puede medirse con precisión. Dos factores estan presentes cuando se reasliza un trabajo: la aplicación de una fuerza y el movimiento del objeto por efecto de esa fuerza.

C) Concepto de Vector Fuerza y Vector Desplazamiento

Vectores y fuerza neta Con frecuencia, sobre un cuerpo actúan simultáneamente varias fuerzas. Puede resultar muy complejo calcular por separado el efecto de cada una; sin embargo, las fuerzas son vectores y se pueden sumar para formar una única fuerza neta o resultante (R) que permite determinar el comportamiento del cuerpo.

Se denomina momento de una fuerza respecto de un punto al producto vectorial del vector posición r de la fuerza por el vector fuerza F

M= r x F

y

F

d F

x

D) Expresión matemática de trabajo .(W)

a) Trabajo como un producto escalar

El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia

T=Fd

b) Expresión matemática de trabajo (W), cuando la fuerza tiene la misma dirección

T= F cos O d o bien T=Fdcos O

Donde:

T: trabajo realizado en Nm=Joule=J

Fcos = componente de la fuerza en la dirección de movimiento en Newton (N)

d= desplazamiento en metros (m)

c) Expresión matemática de trabajo (W), cuando la fuerza no se aplica en la misma dirección del desplazamiento.

1J=Nm

Se realiza un trabajo de un Jouel (1J) cuando al aplicar una fuerza de un newton a un cuerpo , este se desplaza un metro.

d) Unidades del trabajo en el Sistema Internacional (S.I.) de Unidades

La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades es el Jouel, que se define como el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton a lo largo de un metro. El trabajo realizado por unidad de tiempo se conoce como potencia. La potencia correspondiente a un Jouel por segundo es un vatio. Kilográmetro: equivale a la fuerza de un kilogramo actuando a lo largo de un metro. Erg: Equivale a la aplicación de3 la fuerza de una DINA a una distancia de un centímetro.

Jouel=J

Kilográmetro=Kgm

Erg=Erg

La fuerza se mide en Newton(N)

La distancia se mide en metros (m)

El trabajo en (Nxm)

Las unidades (Nmx) pueden ser sustituidas en Joule(J)

2. POTENCIA

CONCEPTO Y/O DEFINICIÓN DE POTENCIA

&POTENCIA MECANICA

El trabajo, o transferencia de energía, realizado por unidad de tiempo. El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. La potencia mide la rapidez con que se realiza ese trabajo. En términos matemáticos, la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efectúa dicho trabajo.

El concepto de potencia no se aplica exclusivamente a situaciones en las que se desplazan objetos mecánicamente. También resulta útil, por ejemplo, en electricidad. Imaginemos un circuito eléctrico con una resistencia. Hay que realizar una determinada cantidad de trabajo para mover las cargas eléctricas a través de la resistencia. Para moverlas más rápidamente —en otras palabras, para aumentar la corriente que fluye por la resistencia— se necesita más potencia.

Lo que corrientemente importa conocer en la práctica es la cantidad de trabajo de una maquina puede realizar en un tiempo dado, en un segundo, por ejemplo:

Se llama potencia de un motor el trabajo que puede realizar por unidad de tiempo.

EXPRESIÓN MATEMÁTICA DE POTENCIA

UNIDADES DE POTENCIA EN EL S.I.

La potencia siempre se expresa en unidades de energía divididas entre unidades de tiempo. La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio, que equivale a la potencia necesaria para efectuar 1 joule de trabajo por segundo. Una unidad de potencia tradicional es el caballo de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746 vatios. Su unidad de tiempo siempre es el segundo.

3.- ENERGIA.

  • Concepto y/o definición de energía.

    • Energía, capacidad de un sistema físico para realizar trabajo.

    • Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etc.

    • Es la capacidad de que dispone un cuerpo o un sistema de cuerpos para realizar un trabajo.

  • Formas en que se manifiesta la energía en la naturaleza.

  • Los vegetales utilizan dos fuentes de energia. Toman la energia radiante que procede del sol y la convierten en energia química, fabricando moléculas como la glucosa.

    Posteriormente se produce la combustión de estas moléculas y este echo proporciona la energia necesaria para vivir.

    El resto de los seres vivos no podemos tomar directamente la energia que proviene del sol.

    Por esta razon, nuestra fuente de energia son los alimentos que proceden de otros seres vivos.

    De los almentos aprovechamos la energia química contenida en moléculas como la glucosa. Esta energia se libera mediante su combustión.

    a) ejemplos de la transformación de la energía

    • cuando una roca esta sostenida en la sima de una montaña tiene energía potencial, pero, de repente cae, al caer se la energía potencial se transforma en energía cinética porque dicha roca esta en movimiento.

    • En el hogar se consume gran cantidad de energia.

    • Al encender un auto

    • Los alimentos- fuente de energia vital.

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    b) ley dela conservación de la energía.

    • La energía no se crea ni se destruye solamente se transforma de manera que la energia total es constante.

    • En cualquier proceso, la energía total ni aumenta ni se destruye. La energía puede transformarse de una forma a otra, y ser transferida de un cuerpo a otro, pero la cantidad total permanece constante.

    C) Energía cinética.

    Concepto y/o definición de energía cinética.

    Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo, si dicho cuerpo se encuentra en movimiento y de acuerdo a su velocidad y su masa.

    Cinética proviene del griego kinetikos y significa: movimiento

    La energia cinetica de un cuerpo es la capacidad que posee de realizar un trabajo debido a su movimiento.

    2.- energía que un objeto posee debido a su movimiento.

    Expresión matemática de la energía cinética.

    La fórmula que representa  la Energía Cinética es la siguiente:

     E c   =   1 / 2 ·  m  ·  v 2

                    E c  = Energía cinética

                                                                     m  =  masa

                                                        v  =  velocidad

    En esta ecuación, debe haber concordancia entre las unidades empleadas. Todas ellas deben pertenecer al mismo sistema.

    Energía cinética de un cuerpo

    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.

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    Unidades de energía cinética en el S. I.

    En el Sistema Internacional (SI), la masa  m se mide en  kilogramo (kg) y  la velocidad  v en  metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ).

    D) Energía potencial gravitacional

    Concepto y/o definición de energía potencial gravitacional.

    Energía potencial gravitatoria es aquella energía que poseen los cuerpos que se encuentran en altura. Esta energía depende de la masa del cuerpo y de la atracción que la Tierra ejerce sobre él (gravedad).

    Cuando se ubica a cierta altura un cuerpo se dice que este posee energia potencial porque al dejar caer el cuerpo puede realizar un trabajo como demoler una construcción, comprimir o aplastar a otros objetos, ocasiona perforaciones, provocar movimientos, etc.

    Es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo dpendiendo de la altura en que se encuentren.

    Expresión matemática de trabajo potencial

    Ep= (m* gt)*h

    m = masa g t = gravedad de la tierra h = altura

    Unidades de energía potencial gravitacional en el S. I.

    Máquinas simples

  • Definición.

  • Todos los aparatos que se utilizan comúnmente para obtener una fuerza grande aplicando una fuerza pequeña, se conocen como máquinas simples, las maquinas simples están clasificadas en:

    a) palancas

    b) poleas

    c) torno

    d) plano inclinado

  • Definición y ejemplos de maquinas simples

  • Se define a la palanca como una barra rígida apoyada en un punto sobre la cual se aplica una fuerza pequeña para obtener una gran fuerza en el otro extremo; la fuerza pequeña se denomina potencia (p) y la gran fuerza, resistencia (R), al eje de rotación sobre el cual gira la palanca se llama punto de apoyo o fulcro (A).

    Al utilizar palancas se aplica el principio de los momentos donde una de las fuerzas hace girar la palanca en un sentido y la otra en sentido contrario.

    De acuerdo con la posición de la potencia y de la resistencia con respecto al punto de apoyo, se consideran tres clases de palancas, que son:

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    Intermóviles o de primer género

    Trabajo
    Interresistentes o de segundo género

    Trabajo
    Interpotentes o de tercer género

    Las palancas intermóviles tienen el punto de apoyo cerca de la resistencia, quedando con un brazo de palanca muy corto como en las tijeras o pinzas de mecánico o similares.

    Trabajo

    Las palancas interresistentes tienen el punto de apoyo en un extremo de la palanca, la potencia en otro extremo y la resistencia en algún punto intermedio, como en las carretillas o en los diablos.

    Trabajo

    Las palancas interpotentes aplican la potencia en cualquier punto entre la resistencia y el punto de apoyo como sucede con las pinzas para tomar el pan o las ensaladas, o en las de depilar.

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    Las poleas

    Las poleas han sido clasificadas como máquinas simples, son discos con una parte acanalada o garganta por la que se hace pasar un cable o cadena; giran alrededor de un eje central fijo y están sostenidas por un soporte llamado armadura.

    Existen poleas fijas y poleas móviles .

    En las poleas fijas el eje se encuentra fijo, por lo tanto, la polea no se desplaza, con su uso no se obtiene ventaja mecánica, ya que en uno de los extremos estará sujeta la carga y en el otro se aplicará la fuerza para moverla, ésta será de la misma magnitud.

    La polea fija solamente se utiliza para cambiar la dirección o sentido de la fuerza. Por lo mismo, su fórmula es F = C, siendo (c) la carga. Las poleas se usan mucho en las obras de construcción para subir materiales, para sacar agua de los pozos, etcétera.

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    En las poleas móviles el punto de apoyo está en la cuerda y no en el eje, por lo tanto puede presentar movimientos de traslación y rotación. Como el caso de dos personas que cargan una bolsa, cada una de ellas hace las veces de una polea y sus brazos las veces de cuerdas, el peso se reparte entre los dos y se produce una ventaja mecánica, que se expresa como F = c/2, siendo F = fuerza, C = carga; el esfuerzo se reduce a la mitad.

    Si se tienen más de dos cuerdas y por lo tanto varias poleas, se tendrá un aparato llamado polipasto o aparejo, aumentando el número de poleas y por lo tanto de cables, el esfuerzo se reduce.

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    Poleas Compuestas: Las poleas compuestas son aquellas donde se usan más de dos poleas en el sistema, y puede ser una fija y una móvil, o dos fijas y una móvil etc.,
    Tirar una cuerda de arriba hacia abajo resulta más fácil que hacerlo desde bajo hacia arriba. Para cambiar la dirección del esfuerzo, a la polea móvil se agrega una polea fija, proporcionando una ventaja mecánica.
    La ventaja mecánica es la disminución del esfuerzo.

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    Esta ventaja mecánica la determinamos contando los segmentos de cuerda que llegan a las poleas móviles que soportan el esfuerzo.

    La fuerza para levantar el cuerpo se va reduciendo proporcionalmente a la cantidad de segmentos de cuerda que soportan directamente la fuerza.

    También podemos agregar a una polea otra polea fija o una o varias móviles para obtener una combinación de poleas que disminuya el esfuerzo.

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    Existen muchas combinaciones de poleas que se pueden usar, de acuerdo al trabajo que se deba realizar y la ventaja mecánica que se desea conseguir.

    El plano inclinado

    La superficie plana que tiene un extremo elevado a cierta altura, forma lo que se conoce como plano inclinado o rampa, que permite subir o bajar objetos con mayor facilidad y menor esfuerzo deslizándolos por éste, que realizando el trabajo en forma vertical.

    Los elementos del plano inclinado son:

    longitud del plano (I)

    altura (h)

    peso del cuerpo o carga (p)

    fuerza necesaria para subir la carga (F)

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    El torno y el tornillo

    El torno es una máquina simple, constituida por un cilindro de radio (r), que gira sobre un eje, a través de una manivela con radio (R), a la cual se le aplica una fuerza (F), que hace enrollar la cuerda en el cilindro subiendo la carga (C) sostenida en el otro extremo. Este tipo de máquinas simples se emplea generalmente para sacar agua de los pozos.

    La aplicación se encuentra en: tornos manuales, cabestrantes, etcetera., la expresión matemática de un torno es:

    FR = Cr

    en donde haciendo los despejes adecuados se puede tener cualquier elemento como incógnita.

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    El tornillo es una aplicación del plano inclinado, que en este caso está enrollado, al introducirse en algún material el rozamiento es demasiado, evitando de esta manera que sea expulsado por la fuerza de resistencia.

    Trabajo

  • Expresión para determinar la eficiencia de una maquina simple.

    • Palanca

    Después de observar estos datos y basados en el principio de los momentos, podemos llegar a la expresión matemática:

    Fa = Rb

    La expresión anterior indica el equilibrio de momentos, éste se obtiene cuando la multiplicación de la fuerza (F) por su brazo de palanca (a) es igual al producto de la resistencia (R) por su brazo de palanca (b).

    • Polea

    Para contar el número de cables de varias poleas no se debe tomar en cuenta el primero de ellos, expresándose matemáticamente como: F = c/n, donde: c = carga y n = número de poleas o cables.

    • Plano Inclinado

    Del trabajo realizado en un plano inclinado se obtiene la siguiente expresión:

    ph = Fl

    De la cual se puede tener como incógnita cualquiera de los elementos, haciendo el despeje adecuado.

    • Torna y tornillo

    La aplicación se encuentra en: tornos manuales, cabestrantes, etcetera., la expresión matemática de un torno es:

    FR = Cr

    En donde haciendo los despejes adecuados se puede tener cualquier elemento como incógnita.

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