Vocabulario de Física

Momento angular. Masa. Velocidad. Trabajo mecánico. Potencia. Energía cinética, potencial. Gravedad. Teorema de conservación de la energía mecánica

  • Enviado por: Antonia Ortega
  • Idioma: castellano
  • País: Chile Chile
  • 14 páginas
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INTRODUCCION

En este trabajo pretendemos desarrollar el momento angular, trabajo mecánico, potencia, energía potencial elástica, energía potencial gravitacional, energía cinética y la conservación de energía, las cuales abarcan ramas muy amplias, pero en este trabajo nos enfocaremos precisamente en lo que respecta a la física.

Lo que pretendemos es aclarar dudas que nos surgen en lo que respecta a los temas mencionados anteriormente como por ejemplo, en que consisten, que rol cumplen dentro de nuestra realidad cotidiana, en que se manifiestan, cual importante puede llegar a ser el hecho de saber lo que ocurre en la relación a lo que hoy en día nos pasa, para tener un conocimiento mayor a lo que nos prepara el futuro.

En el presente trabajo iremos desarrollando paso a paso cada tema, pasaremos por el momento angular donde se conocerá la definición y su expresión por la cual es ocupada, en lo mismo nos explayaremos en el trabajo mecánico, las potencias y las energías las cuales se pueden ver de diversos puntos, tanto como en la cinética dentro de la cual podemos verla en algo tan común cómo en una montaña rusa, y las energías potencial gravitacional la cuál se encuentra ligada a la altura. Todo esto y mucho se vera en el trabajo presentado a continuación.

MOMENTO ANGULAR

El Momento angular, cantidad fundamental que posee un cuerpo en virtud de su rotación, y que es esencial para la descripción de su movimiento. Esta magnitud es análoga al momento lineal o cantidad de movimiento.

El momento lineal de un cuerpo en movimiento viene dado por la expresión:

Momento lineal = masa × velocidad

Se define el momento angular de una partícula como:

Momento angular = momento lineal × distancia al eje de giro

El momento angular de un sistema de partículas o de un sólido rígido se obtiene sumando los valores de todas las partículas de las que está formado.

Considérese el pequeño objeto de masa m de la figura, que gira alrededor de un punto situado a una distancia r de él, con una velocidad angular ù. (La velocidad angular es la velocidad de rotación expresada en radianes por segundo.) La velocidad lineal del objeto es ùr, y su momento lineal es mùr. El momento angular de una partícula es mùr × r o mùr2. El momento angular de un objeto extenso, como el de la figura, es la suma de todos los valores m1ùr12 + m2ùr22 +... Esto se escribe matemáticamente como Ómiùri2, para todos los valores de i. Como todas las partículas giran con la misma velocidad angular ù, esta expresión se puede escribir así:

Momento angular = (Ómiri 2) × ù

Que a su vez se puede expresar como:

Momento angular =

Donde I = Ómiri 2 recibe el nombre de momento de inercia del cuerpo alrededor de un determinado eje de rotación. El momento de inercia está relacionado con la masa del cuerpo y la distancia de sus diferentes partes al eje de rotación.

Al igual que existe un principio de conservación para el momento lineal, existe un principio de conservación del momento angular. Este principio establece que si la resultante de los momentos de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo es nula, el momento angular permanece constante. Esto se manifiesta en la práctica cuando, por ejemplo, un satélite que está girando es transportado a bordo de un laboratorio espacial y su giro se detiene. Su momento angular no se desvanece: es transferido al laboratorio que, por tanto, comienza a girar. Esto sólo se puede evitar aplicando un momento externo, producido por el encendido de los motores de propulsión.

TRABAJO MECÁNICO

'Física'
El trabajo mecánico es una magnitud escalar que depende del módulo de una fuerza aplicada sobre un punto material y el desplazamiento que esta le produce.

Tomemos una partícula de masa "m" la que se encuentra en reposo y apliquémosle una fuerza exterior. Esta fuerza produce es una variación en la velocidad, una variación en la cantidad de movimiento de la partícula en función del tiempo.

Cada vez que se aplica una fuerza exterior sobre un cuerpo y este varía su cantidad de movimiento en función del tiempo, este se desplaza. De esta manera podemos buscar una relación entre la fuerza aplicada y el desplazamiento producido sin olvidarnos que son vectores.

Para que podamos entender mejor lo que sucede presupongamos que queremos detener un cuerpo que se halla en movimiento. Presupongamos que al aplicar una fuerza de 10 N el cuerpo se desplaza 100 m hasta detenerse. Si duplicamos la fuerza ¿ qué sucede con la distancia recorrida ?

Al aumentar al doble la fuerza el desplazamiento se reduce a la mitad por que la fuerza exterior aplicada y el desplazamiento son inversamente proporcionales. Matemáticamente implica que ambas magnitudes deben multiplicarse. El producto escalar de ambos vectores se denomina "trabajo mecánico."

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.

La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades es el julio (suele conocerse como Joulle), 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 julio por segundo es un vatio (watt) " N. M = J "

POTENCIA

Tan importante cómo saber cuánto trabajo puede producir una fuerza, es saber cuánto tiempo es capaz la fuerza, de producir el trabajo. Al trabajo efectuado por la unidad de tiempo se le denomina potencia, que no debe confundirse con el concepto de la fuerza de potencias que usamos en las maquinas. Es una característica muy importante de los dispositivos activos, aquellos capaces de proporcionar energía- un motor, una bomba, una caldera, etc.-, pues no tan solo nos interesa saber la energía que nos pueden proporcionar, sino algo que quizás sea mas importante saber: en cuanto tiempo nos la pueden proporcionar.

Si el sistema de unidades es el S.I, la potencia vendrá dada en julios por segundos; a esta unidad se la denomina vatio y se representa simbólicamente

W(W=j/s).

La potencia es la tasa de cambio de la energía de un cuerpo o conjunto de cuerpos. Ahora bien, puesto que cada vez que hay cambio de energía hay trabajo realizado, también podemos decir que la potencia es igual a la rapidez con que se efectúa el trabajo. En símbolos:

P= E

T

LA UNIDAD S.I de potencia es el watt, que equivale a 1 joule/segundo

ENERGÍAS

Primero que todo comencemos por definir que significa Energía:

Es una magnitud peculiar. No siempre se la advierte y adopta diversas formas. La energía es sólo de sus muchas formas. Hay energía en cuerpos que se mueven (energía cinética), pero también puede haberla en (energía potencial). Hay energía en un cuerpo caliente (energía térmica o interna) pero también la hay por el solo hecho de que un cuerpo tenga masa (energía en reposo descubierta por Einstein). En fin, la energía es un concepto bastante abstracto cuya definición más general podría ser: La energía es una medida de la capacidad de un cuerpo (o conjunto de cuerpos) para efectuar un trabajo.

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.

'Física'

Otro factor que influye en la energía cinética es la masa del cuerpo.

Por ejemplo, si una bolita de vidrio de 5 gramos de masa avanza hacia nosotros a una velocidad de 2 km / h no se hará ningún esfuerzo por esquivarla. Sin embargo, si con esa misma velocidad avanza hacia nosotros un camión, no se podrá evitar la colisión.

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

Cuando un cuerpo de masa  (m)  se mueve con una velocidad  (v)  posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita más arriba.

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

Por ejemplo: en las montañas rusas

La Energía Cinética es la que está representada por la masa y la velocidad. Esta energía es la que permite que un cuerpo continúe su desplazamiento, y es la que permitirá que el tren de la montaña rusa llegue a una cima, o cruce por un rizo.

La fórmula para calcular esta fuerza como ya se dijo antes es :

EC = 1/2 M V^2

Dónde:

EC = Energía Cinética (Unidades de masa por velocidad al cuadrado)

M = Masa total (Ej. Kilogramos, gramos, toneladas)

V^2 = Velocidad del tren elevada al cuadrado (Ej. Kilómetros por hora al cuadrado, Millas por minuto al cuadrado, Yardas por segundo al cuadrado, etc.)

Así pues, podemos decir que entre más velocidad tenga un tren, mayor energía cinética conserva. En el caso 1 se puede observar que el tren conserva mucho mayor velocidad que el tren del caso 2. Por ello podemos decir que en el primer caso, se tiene mayor energía cinética.

'Física'

Por lo tanto la energía cinética, por ejemplo, está íntimamente asociada a un movimiento de un cuerpo, es una medida de la capacidad para efectuar trabajo.

ENERGÍA POTENCIAL GRAVITACIONAL:

Todo cuerpo que sea 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.

Entonces:

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).

¿Cómo calcular la Energía Potencial Gravitatoria?

Si un cuerpo de masa  m  se sitúa a una altura  h  arriba de un nivel de referencia, este cuerpo posee una energía potencial gravitatoria con respecto a este nivel, la cual se expresa mediante la siguiente fórmula:

M = masa

G = constante de la fuerza de gravedad

H = altura

Ep  =   m · g · h

De acuerdo a la fórmula, la energía potencial está relacionada con la masa del cuerpo y con la posición que ocupa; cuanto más grande sea la masa del cuerpo, y cuanto mayor sea la altura a la que se encuentre, tanto mayor será su Energía potencial gravitacional.

Energía Potencial Elástica

Si se considera un resorte que cuelga del techo y uno de sus extremos está fijo, adosado al techo, mientras su otro extremo está libre, al ejercer una fuerza sobre el resorte éste se puede comprimir, disminuyendo su longitud. Para que el resorte no se estire será necesario mantener una fuerza sobre él. Al acabarse la fuerza, el resorte se descomprime, estirándose.

Si ahora se tiene el resorte con un extremo fijo sobre la mesa, y se ejerce una fuerza para comprimirlo, si el extremo libre de este resorte se pone en contacto con algún cuerpo, al descomprimirse puede provocar que el objeto se mueva, comunicándole energía cinética (energía que poseen los cuerpos cuando se mueven).

Este hecho pone de manifiesto que el resorte comprimido posee energía almacenada que se denomina energía potencial elástica.

Cuando se salta en una cama elástica, también se pone de manifiesto este hecho; la persona que cae desde cierta altura sobre la cama tiene inicialmente una energía potencial que irá disminuyendo progresivamente durante la caída, mientras que su energía cinética (de movimiento) irá aumentando. Al chocar contra la superficie de la cama se perderá energía cinética; los resortes de la cama se colocarán tensos. La energía cinética se ha transferido a los resortes, almacenándose en forma de energía potencial elástica. Ésta se pondrá de manifiesto rápidamente. Los resortes se descomprimirán y le comunicarán movimiento al cuerpo hacia arriba, adquiriendo cierta velocidad, es decir, energía cinética. Ésta irá disminuyendo con la altura mientras que la energía potencial irá aumentando ya que aumentará la altura del cuerpo.

PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA ENERGÍA

El teorema de conservación de la energía mecánica tiene un serio problema: sólo puede utilizarse en los casos en que el trabajo realizado por las fuerzas de roce sea insignificante. Cuando las fuerzas de fricción ejecutan trabajo sobre un sistema, su energía mecánica total disminuye. Pero si aceptamos la existencia de otras formas de energía mecánica total disminuye. Pero si aceptamos la existencia de otras formas de energía, cómo la energía térmica ( los cuerpos se calientan debido al roce), podemos reafirmar la conservación de energía térmica, aunque no ya bajo la forma de un teorema demostrable a partir de los principios de newton, sino como un nuevo principio de la física, el principio de conservación de la energía.

En realidad es éste el principio más importante de todas las ciencias. Su validez ha sido puesta a prueba en múltiples ocasiones y siempre ha resultado intacto.

Cuando una partícula está bajo la acción de una fuerza conservativa, el trabajo de dicha fuerza es igual a la diferencia entre el valor inicial y final de la energía potencial

'Física'

Igualando ambos trabajos, obtenemos la expresión del principio de conservación de la energía

Eka+epa=ekb+epb

 

Fuerzas no conservativas

Para darnos cuenta del significado de una fuerza no conservativa, vamos a compararla con la fuerza conservativa peso.

La fuerza de rozamiento es una fuerza no conservativa

Cuando la partícula se mueve de A hacia B, o de B hacia A la fuerza de rozamiento es opuesta al movimiento, el trabajo es negativo por que la fuerza es de signo contrario al desplazamiento

'Física'

 

CONCLUSION

Hemos llegado al final de este trabajo, esperando haber cumplido todas las expectativas dadas en la introducción dejando en claro todas las unidades de las que se habla acá, como por ejemplo Joules, erg; y Watt o que el trabajo mecánico depende de una fuerza aplicada, o como la potencia es muy importante como el extenuante trabajo que puede producir una fuerza.

En cuanto a las energías es importante destacar que esta es una medida de la capacidad de un cuerpo o un conjunto de estos, para efectuar un trabajo, o que todo cuerpo que sea ubicado a cierta altura del suelo posee energía potencial, haber aprendido todo esto nos da una nueva perspectiva de vida, y lo que a esta la rodea, llevando ya en nuestras mentes los diferentes conceptos aprendidos.

BIBLIOGRAFIA

WWW.PROFESORENLINEA.CL/FISICA

APUNTES EDUCACION MEDIA EDICION 11 Y 12

COLECCION PRACTICA DEL ESTUDIANTE TOMO 5

ENCICLOPEDIA ENCARTA 2000

En el universo, el total de energía (cinética + potencial + térmica + etc.) permanece constante.

La energía se transforma, es decir, se transfiere de una forma a otra, pero el total permanece invariable.

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