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FISICA 10 -07 -14

Claper - Prof. Franky Tello Buitrón.

TRABAJO Y POTENCIA 

TRABAJO Y POTENCIA

Si la fuerza es perpendicular a la velocidad, el trabajo es nulo.

v F

 W  F · d F

v F

 W  –F · d F

TRABAJO INTELECTUAL

TRABAJO MECÁNICO

Notamos que el trabajo realizado por el oficinista se diferencia del trabajo del obrero en que este último ejerce continuamente una fuerza sobre el paquete transmitiéndole movimiento mecánico. Dicho trabajo viene acompañado de la superación de ciertas resistencias que pueden ser la gravedad, la fricción, la inercia, etc. Si no se transmite movimiento a un cuerpo, así se le aplique una fuerza no existirá trabajo mecánico por parte de dicha fuerza. ¿QUÉ ES EL TRABAJO MECÁNICO? Es el proceso de transmisión de movimiento mecánico de un cuerpo a otro; dicha transmisión se da por medio de una fuerza. Rea lizo un tra bajo mecánico porque transmito movimiento mecánico

F

v

W  0 F

Cuando forma un ángulo con la velocidad.

F 

v F

W  F  d cos 

d

GRÁFICA FUERZA (F) VERSUS POSICIÓN (X) Este método gráfico, para determinar el trabajo mecánico realizado por una fuerza constante, también se cumple cuando la fuerza varía en módulo. F

v

A = WF X

El trabajo depende de la fuerza F y la distancia “d” lograda en el movimiento. d



v

TRABAJO NETO (Wneto): Es la suma de todos los trabajos realizados por las fuerzas sobre un cuerpo para un determinado tramo.

F2





F3

F

F

v

F1

FR

d F4 La cantidad de trabajo realizada por la fuerza se determina mediante la expresión: F

W  F  d F : Módulo de la fuerza (en N) d : Distancia desplazada (en m) Unidad: 1 N × m < > Joule (J) Consideraciones: • Siempre que la dirección de la fuerza y el de la velocidad coinciden el trabajo se considera positivo. Esto significa el paso de movimiento del cuerpo “motor” al cuerpo “movido”. • Si la fuerza es opuesta a la velocidad del cuerpo, el trabajo es negativo. Físicamente el movimiento se transmite del cuerpo “movido” al cuerpo que ejerce la fuerza.

F1

WN   W  W  W

WN  W

FR

F2

W

F3

W

F4

 FR  d

CONCEPTO DE POTENCIA Cuando se contrata un trabajo, sin importar el tiempo que tarden en hacerlo, se compra sólo trabajo. Por ejemplo, si contratamos a una persona para que lave nuestra ropa sin indicarle el tiempo, ella lo podrá realizar en una hora, en un día o en un año, con tal de que lo lave todo. Pero si se compra el trabajo de un día y se quieren hacer las cosas lo más rápido posible, lo que pretendemos es conseguir una cantidad de trabajo por hora. Este es el lenguaje práctico de la industria. La potencia es justamente esto, la rapidez de hacer trabajo.

FISICA 10 -07 -14

POTENCIA MEDIA La potencia media es aquella que nos indica sin mucha precisión la rapidez con que en promedio se efectuó un trabajo determinado. Luego, su valor se define así: Trabajo Realizado

Potencia =

Pot =

Tiempo empleado en hacerlo

Claper - Prof. Franky Tello Buitrón.

EJERCICIOS 1. El bloque se desplaza de A hacia B. Hallar el trabajo de la fuerza F = 8 N Movimiento

W t

F=8 N . .. .. .

*En el S.I. la unidad de potencia es el watt(W), que se define como un joule de trabajo en cada segundo: 1W=1J/s.

f=3 N

f=3 N d=6 m

A

a) 48 J

POTENCIA INSTANTÁNEA Es el tipo de potencia que nos informa de la rapidez con que se realiza trabajo en un intervalo de tiempo muy corto. Si la potencia es mecánica, su valor instantáneo se determina así:

Pot = F.v.cos

F=8 N

b) -48 J c) 24 J

B

d) 8 J

e) 0

2. En la figura del problema 1, hallar el trabajo de la fuerza f = 3 N. a) - 18 J b) 18 J c) 30 J d) - 30 J e) 0 3. En la figura del problema 1, hallar el trabajo neto o trabajo total sobre el bloque. a) 30 J b) - 30 J c) 48 J d) 18 J e) 56 J 4. Hallar el trabajo de F1=10 N y el trabajo de F2=50 N. Hallar también el trabajo total. No existe rozamiento. Movimiento F2

F1

Caso Especial: (Si la velocidad es constante)

. .. .. .. .. .

V F

EFICIENCIA O RENDIMIENTO (n) El trabajo útil o salida de potencia de una máquina nunca es igual a la de entrada. Estas diferencias se deben en parte a la fricción, al enfriamiento, al desgaste, contaminación, ..., etc. La eficiencia nos expresa la razón entre lo útil y lo suministrado a una máquina: Pot sum

4m

P= F.V

F2

5. Un turista se encuentra a 10 m de una estación de tren. Lleva su equipaje de 30 kg con una fuerza vertical hacia arriba "F". Hallar el trabajo mecánico que efectúa. a) 0 b) 300 J c) 3 000 J d) 15 J e) 60 J 6. Determinar el trabajo realizado por la fuerza "F" desde A hasta B.

Pot perdida Pot útil

F=80 N

F=80 N 53°

A

F

53°

B

d=5 m

a) 160 J b) 140 J Pot sum = Pot útil + Pot perdida

Esquema simplificado

F2

a) 0; 0; 0 b) 40 J; 200 J; 160 J c)10 J; 50 J; 60 J d) 10 J; 50 J; 40 J e) 40 J; -200 J; 160 J

v

c) 200 J

d) 240J

e) 400 J

7. ¿Qué fuerza horizontal ha producido un trabajo de 1 000 N al desplazar una masa una distancia de 5 m? a) 50 N b) 100 c) 150 d) 200 e) 250 8. Una fuerza de 200 N realiza un trabajo de 1 000 J al desplazar una masa de 10 kg. ¿Cuál fue el desplazamiento realizado? a) 4 m b) 3 c) 5 d) 6 e) 8 9. Hallar el trabajo resultante: F2=20 N F3=12 N

NOTA: Importante: •

F1=30 N B

A d=6 m

a) 108 J •

Mov

b) 180

c) 72

d) 228

e) 120

FISICA 10 -07 -14

10. Determinar el trabajo realizado por F = 500 N al desplazar la masa durante 10 s a velocidad constante de 2 m/s.

Claper - Prof. Franky Tello Buitrón.

TAREA DOMICILIARIA 1. ¿Cuál es el trabajo del peso desde (A) hasta (B)? (B) m = 2 kg

3m

F=500N m (A)

a) 5 KJ

b) 8

c) 10

d) 1

2. ¿Cuál es el trabajo del peso, de (A) hasta (B)?

e) 4

m = 1 kg

11. Un bloque de 20 kg. Inicialmente en reposo se encuentra sobre una superficie horizontal si es jalado por una fuerza F = 100 N, como se muestra y lo desplaza 10 m.

F 0,3; 0,2

(B) (A)

3. Calcular el trabajo de la fuerza "F" para la distancia "d"

37°

Halle el trabajo de la fuerza “F” y el trabajo del peso. a) 800J, 200J b) 1000 J, 200 c) 800J, 0 d) 800 J, -200 J e) 1000J, 0

4. Calcular el trabajo total de las fuerzas mostradas para trasladar el cuerpo de A hasta B.

12. Una fuerza de modulo y dirección constante traslada la partícula desde (A) hasta (B). ¿Qué trabajo B ha realizado? a) b) c) d) e)

0 120 J 48 60 96

5. Un bloque está sometido a la acción de cuatro fuerzas constantes, que lo obligan a desplazarse en línea recta AB = 10 m. Encuentra el trabajo neto realizado sobre él. F1 = 10 N; F2 = 15 N; F3 = 10 N; F4= 20 N.

4m 10 m

A

C

F = 12N

F2

13. Calcular el trabajo desarrollado por el peso entre A y B.

A

a) b) c) d) e)

100 J 120 140 180 200

A

7m

V B

100 WATT – 100 200 – 200 cero

B F4

14. Si el bloque mostrado es llevado por F = 40N a velocidad constante una distancia de 5m durante 2s calcular la potencia del rozamiento. a) b) c) d) e)

F1

m =2kg

V rugoso F

F3

6. Si el bloque avanzó a la derecha 10m en 4s. Hallar la potencia desarrollada por F = 10N a) 25 WATT F b) 20 c) – 20 d) – 25 e) 30 d=10m 7. Calcular el trabajo resultante, realizado sobre el bloque de 10 kg en un recorrido de 5 m (F1 = 50 N; F2 = 30 N) F1

15. El bloque mostrado es de 4kg y es levantado por “F” a la velocidad de 3m/s. ¿Qué potencia desarrolla “F”? a) 100 WATT F b) 120 V c) 140 d) 160 e) 180

37°

F2

8. Un cuerpo es afectado por una fuerza que varía con el desplazamiento x, tal como lo indica el gráfico adjunto. Encontrar el trabajo realizado por dicha fuerza en los 5 primeros metros de desplazamiento. F(N) 10

0

5

x(m )