Trabajo y Energía (Sergio Otzoy)

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Trabajo y Energía (Sergio Otzoy) por Mind Map: Trabajo y Energía (Sergio Otzoy)

1. ¿Qué es energía?

1.1. La energía es una palabra que suele utilizarse mucho en la vida cotidiana. Aunque a menudo se usa de manera ambigua, tiene un significado físico muy específico.

1.2. La energía es una medida de la capacidad de algo para producir trabajo. No es una sustancia material, y puede almacenarse y medirse de muchas formas.

1.3. ¿Qué es el principio de conservación de la energía?

1.3.1. En física, el término conservación se refiere a algo que no cambia. Esto significa que la variable en una ecuación que representa una cantidad conservativa es constante en el tiempo. Tiene el mismo valor antes y después de un evento.

1.3.2. En física hay muchas cantidades conservadas. A menudo son muy útiles para hacer predicciones en las que de otra manera serían situaciones muy complicadas. En mecánica hay tres cantidades fundamentales que se conservan: la energía, el momento y el momento angular.

1.3.2.1. La conservación de la energía es válida únicamente para sistemas cerrados. Una pelota que rueda por un piso áspero no obedecerá la ley de conservación de la energía, ya que no está aislada del piso; de hecho, este hace un trabajo sobre la pelota debido a la fricción. Sin embargo, si consideramos la pelota junto con el piso, la ley de la conservación de la energía sí se cumple. Normalmente, llamaríamos a esta combinación el sistema piso-pelota.

2. ¿Qué es Trabajo?

2.1. Se dice que una fuerza realiza un trabajo cuando hay un desplazamiento del centro de masas del cuerpo sobre el que se aplica la fuerza, en la dirección de dicha fuerza. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo​.

2.1.1. Este principio establece que el trabajo mecánico realizado sobre un cuerpo es igual al cambio en la energía cinética del cuerpo. Esto significa, que el trabajo mecánico es igual a la energía cinética final menos la energía cinética inicial del cuerpo.

2.1.1.1. Por consiguiente, se dice que una cierta masa tiene energía cuando esa masa tiene la capacidad de producir un trabajo; además, con esta afirmación se deduce que no hay trabajo sin energía. Por ello, se dice que el carbón, la gasolina, la electricidad, los átomos son fuentes de energía, pues pueden producir algún trabajo o convertirse en otro tipo de energía; para entender esto se tiene en cuenta el principio universal de la energía según el cual «la energía es algo que nosotros transformamos».

2.1.1.1.1. En sistemas conservativos, la energía mecánica se conserva. Si se consideran fuerzas de rozamiento, parte de la energía se disipa por ejemplo en forma de calor debido al trabajo de las fuerzas de rozamiento.

2.1.1.1.2. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

2.1.1.1.3. Ya que por definición el trabajo es un tránsito de energía,2​ nunca se debe referir a él como incremento de trabajo, ni se debe simbolizar como «ΔW».

3. ¿Cómo se mide la Energía y el Trabajo?

3.1. En la física, la unidad estándar para medir la energía y el trabajo realizado es el joule, que se denota por el símbolo J. En mecánica, 1 joule es la energía que se transfiere cuando se aplica una fuerza de 1 newton sobre un objeto y lo desplaza una distancia de 1 metro. Otra unidad de energía con la que tal vez te hayas encontrado es la kilocaloría. La cantidad de energía que contiene un alimento empaquetado típicamente está dada en calorías. Por ejemplo, una barra común de chocolate de 60 gramos contiene alrededor de 280 kilocalorías de energía. Una kilocaloría es la cantidad de energía que se necesita para elevar en 1∘ degrees celsius la temperatura de 1 kg de agua.

4. ¿Y qué pasa cuando simplemente se sostiene un peso?

4.1. Una confusión frecuente que tiene la gente sobre el concepto de trabajo surge de pensar en sostener una pesa sobre la cabeza, en contra de la fuerza de gravedad. No estamos moviendo la pesa ninguna distancia, así que no estamos realizando trabajo sobre ella. También podríamos lograr esto al colocar la pesa sobre una mesa; es claro que la mesa no realiza ningún trabajo para mantener la pesa en su posición. Sin embargo, sabemos por experiencia que llevar a cabo esta tarea cansa. Entonces, ¿qué está pasando?

4.2. Resulta que lo que realmente sucede es que nuestros cuerpos están haciendo trabajo sobre nuestros músculos para lograr la tensión necesaria para mantener la pesa levantada. El cuerpo hace esto enviando una cascada de impulsos nerviosos a cada músculo. Cada impulso provoca que el músculo se contraiga y relaje momentaneamente. Todo esto sucede tan rápido que puede que apenas notemos una pequeña contracción nerviosa al principio; sin embargo, eventualmente agotaremos la energía química que hay en el músculo y no podremos sostener la posición; entonces comenzaremos a temblar y en algún punto deberemos descansar. En conclusión: se hace trabajo, pero no sobre la pesa.

5. Ecuaciones de Energía y Trabajo

5.1. W=F⋅Δx

5.1.1. W=(Fcosθ)⋅Δx Que a menudo lo escribimos como W=FΔxcosθ

5.1.1.1. F=mg o W = mgh

5.1.1.1.1. EKi+Ugi+Usi=EKf+Ugf+Usf+EHf ​