Trabajo y energía

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Trabajo y energía by Mind Map: Trabajo y energía

1. Trabajo

1.1. Definición: Es una cantidad escalar igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y de la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento

1.2. Fuerza que actúa a través de una distancia

1.2.1. 1. Debe haber una fuerza aplicada

1.2.2. 2. La fuerza debe actuar a lo largo de cierta distancia (desplazamiento)

1.2.3. 3. La fuerza debe tener un componente a lo largo del desplazamiento

1.3. Fórmula

1.3.1. Trabajo = Componente de la fuerza x desplazamiento

1.3.2. Trabajo = (F cos θ) s

1.4. Trabajo resultante

1.4.1. Varias fuerzas actúan sobre un cuerpo en movimiento, el trabajo resultante (trabajo total) es la suma algebraica de los trabajos de las fuerzas individuales.

1.5. Unidades

1.5.1. Joule, libra-pie

2. Energía

2.1. Definición

2.1.1. Es cualquier cosa que pueda ser convertida en trabajo.

2.1.2. Capacidad de realizar trabajo

2.2. Unidades

2.2.1. Las unidades de la energía son las mismas que las del trabajo: el joule y la libra-pie

2.3. Tipos

2.3.1. Energía cinética: Ek

2.3.1.1. es la energía que posee un cuerpo en virtud de su movimiento

2.3.2. Energía potencial: EP

2.3.2.1. La energía que un sistema posee en virtud de su posición o condiciones

3. Potencia

3.1. Definición

3.1.1. Ritmo con el cual se lleva a cabo

3.1.2. Potencia es la rapidez con la que se realiza un trabajo.

3.2. Fórmula

3.2.1. P = trabajo / t

3.2.2. 1 W = 1 J/s

4. Fórmulas

4.1. Trabajo y energía cinética

4.1.1. Ek = ½ mV20

4.1.1.1. El trabajo que realiza una fuerza resultante externa sobre un objeto es igual al cambio en la energía cinética del objetivo.

5. Conservación de la energía

5.1. Energía total = EP + EK = constante

5.2. ½ mV2f = mgh

5.2.1. Conservación de la energía mecánica:

5.2.1.1. La energía total de un sistema es siempre constante, aunque pueden ocurrir transformaciones de energía de una forma a otra dentro del sistema.

5.2.1.2. En ausencia de resistencia del aire u otras fuerzas disipadoras, las sumas de las energías potenciales y cinéticas es una constante, siempre u cuando ninguna energía sea añadida al sistema.

6. Impulso y momento

6.1. El impulso F Δt es una cantidad vectorial igual en magnitud al producto de la fuerza por el intervalo de tiempo en que actúa. Su dirección es la misma que la fuerza.

6.2. El momento P de una partícula es una cantidad vectorial igual en magnitud al producto de su masa por su velocidad V.

6.3. Impulso (F Δt) = cambio del momento (mVf – mVo)

6.4. Unidades

6.4.1. La unidad del impulso en el SI es el newton-segundo (N ∙ s)

6.4.1.1. libra-segundo (lb-s)

6.4.2. La unidad para la cantidad de momento es el kilógramo-metro por segundo (kg ∙ m/s).

6.4.2.1. slug-pie por segundo (slug ∙ ft/s).

7. La ley de la conservación del momento

7.1. La cantidad total de momento antes del impacto = cantidad total de momento después del impacto.

7.2. P0 (antes del impacto) = m1u1 + m2u2

8. Choques elásticos e inelásticos

8.1. Si la energía cinética permanece constante en un choque (caso ideal), se dice que la colisión ha sido perfectamente elástica

8.2. Si los cuerpos que chocan se adhieren entre sí y se mueven como un solo cuerpo después del impacto, se dice que la colisión fue perfectamente inelástica.

8.3. Energía: ½ m1u12 + ½ m2u22 = ½ m1V12 + ½ m2V22

8.4. Momento: m1u1 + m2u2 = m1V1 + m2V2

8.5. El Coeficiente de restitución (e) es la relación negativa de la velocidad relativa después del choque en-tre la velocidad relativa antes del mismo.

8.5.1. Si la colisión es perfectamente elástica, e = 1.

8.5.2. Si la colisión es perfectamente inelástica, e = 0.

9. Trabajo y potencia en el movimiento de rotación

9.1. Consideremos el trabajo realizado durante una rotación bajo la influencia de un momento de torsión resultante

9.1.1. Trabajo = F s = F r θ

9.1.2. El ángulo θ debe expresarse en radianes en cualquiera de los sistemas de unidades para que el trabajo resulte en joules o en pies-libras, respectivamente

10. Sólidos y fluidos

10.1. Los líquidos y gases se denominan fluidos porque fluyen libremente y llenan los recipientes que los contienen. Los fluidos pueden ejercer fuerzas sobre las paredes de los recipientes que contienen estas fuerzas, al actuar sobre superficies de área definida crean una condición de presión.

10.2. Densidad

10.2.1. La cantidad que relaciona el peso de un cuerpo con su volumen se conoce como peso específico. El peso específico D de un cuerpo se define como la razón de su peso W a su volumen V. Las unidades son el newton por metro cúbico (N/m3) y la libra por pie cúbico (lb/ft3).

10.2.1.1. d=w/v

10.2.1.2. W=DV

11. Presión

11.1. Se llama presión a la fuerza normal (perpendicular) por unidad de área. Simbólicamente, la presión P está dada por:

11.1.1. P=F/A

11.1.1.1. Donde: A = área sobre la cual se aplica una fuerza perpendicular F.

11.2. Presión del fluido

11.2.1. La fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo con-tiene, siempre actúa perpendicularmente a dichas paredes. Los fluidos ejer-cen presión en todas las direcciones.

11.2.2. El fluido que se encuentra en el fondo de un recipiente está siempre sometido a una presión mayor que en la superficie.

11.2.3. fluidos en reposo

11.2.3.1. 1. Las fuerzas ejercidas por un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene son siempre perpendiculares a las mismas.

11.2.3.2. 2. La presión del fluido es directamente proporcional a su profundidad y densidad.

11.2.3.3. 3. A cualquier profundidad, la presión del fluido es la misma en todas las direcciones.

11.2.3.4. 4. La presión del fluido es independiente de la forma o área del recipiente que lo contiene.

11.2.4. Medición de la presión

11.2.4.1. Cualquier líquido en un recipiente abierto, por ejemplo, es afectado por la presión atmosférica además de la presión originada por su propio peso.

11.2.4.2. El líquido es relativamente incompresible, la presión exter-na de la atmósfera se transmite en igual medida a través de todo el volumen del líquido. Este hecho se llama ley de Pascal:

11.2.4.2.1. Una presión externa aplicada a un fluido confinado se transmite uni-formemente a través del volumen del fluido.

11.2.4.3. La mayor parte de los dispositivos que miden la presión directamente, miden en realidad, la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. El resultado se llama presión manométrica.

11.2.4.3.1. Presión absoluta = presión manométrica + presión atmosférica

11.2.4.4. Al nivel del mar, la presión atmosférica es 101.3 KPa, o 14.7 lb/in2.

11.2.4.4.1. Es tan común el empleo del manó-metro en trabajos de laboratorio, que las presiones atmosféricas se expresan en centímetros de mercurio, o bien en pulgadas de mercurio.

11.2.4.5. Medidas equivalentes a la presión atmosférica: 1 atm =101.3 kPa =14.7 lb/in2 =76 cm de mercurio = 30 in de mercurio =2116 lb/ft2

12. El principio de Arquímedes

12.1. Un objeto está completa o parcialmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza de abajo hacia arriba (empuje) igual al peso del fluido desalojado