Trabajo y Energía 4º ESO

TRABAJO Y ENERGÍA

Amparo Arias Pacheco

1. ¿Qué es EL TRABAJO? 2. investigando la energía 3. ENERGÍA MECÁNICA, CINÉTICA Y DINÁMICA 4. LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA 5. Relación entre energía y trabajo 6. La potencia

• ¿Por qué se mueve una montaña rusa?

• ¿Por qué se desplaza un coche?

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1. ¿QUÉ ES EL TRABAJO?

El trabajo que realiza una fuerza se define como el producto del módulo de la fuerza por el desplazamiento, y se expresa: W= F x d x cos αDonde:

• W es el trabajo y se mide en julios (J)
• F es la fuerza aplicada y se mide en newton (N)
• d es el desplazamiento y se mide en metros (m)

W puede venir expresado en calorías (cal), y la relación con los julios es la siguiente: 1 cal= 4,18 J

1. ¿Qué es el trabajo?

Si te encuentras hablando con una persona y estás sosteniendo una mochila, ¿estás realizando un trabajo? NONo confundáis esfuerzo con trabajo. En Física, se realiza un trabajo cuando la fuerza se aplica en la dirección de desplazamiento del objeto, que modifica su energía por acción de esa fuerza. Por tanto, aunque estés aplicando una fuerza al sujetar la mochila, como la mochila no se desplaza ni modifica su energía, no realizas un trabajo.

Por tanto, el trabajo de una fuerza puede ser: a) Positivo si la fuerza y el desplazamiento tienen el mismo sentido. En este caso se incrementa la energía del cuerpo. b) Nulo si la fuerza es perpendicular a la dirección del desplazamiento. La energía del cuerpo no varía. c) Negativo si la fuerza y el desplazamiento tienen sentidos contrarios. En este caso la energía del cuerpo disminuye. Es lo que ocurre con las fuerzas de rozamiento, que realizan un trabajo negativo sobre el cuerpo. Tiene las mismas unidades que la energía, por lo que está relacionado ya que es una forma de transmitir energía de un cuerpo a otro.

1. ¿QUÉ ES EL TRABAJO?

• La fuerza y el desplazamiento deben tener la misma dirección.
• Pero no siempre ocurre así: fíjate en lo que sucede cuando tiras de una maleta que arrastras por el suelo.
• En este caso la dirección no es la misma y el trabajo será el producto del desplazamiento por la proyección de la fuerza F sobre la dirección de dicho desplazamiento (Fx): W= Fx . d . cos α

Ejercicio 1. Un cuerpo se desplaza 5 m al actuar sobre él una fuerza de 25N. Calcula el trabajo realizado en las siguientes situaciones: a) Fuerza y desplazamiento tienen la misma dirección. b) Fuerza y desplazamiento tienen la misma dirección y sentido contrario. c) Fuerza y desplazamiento son perpendiculares. d) Fuerza y desplazamiento forman un ángulo de 60º. Ejercicio 2. Una fuerza de 100 N actúa sobre un cuerpo de masa 20 Kg que se desplaza a lo largo de un plano horizontal en la misma dirección del movimiento. Si el cuerpo se desplaza 20 m y μ= 0,2. Calcular: a) Trabajo realizado por dicha fuerza. b) Trabajo realizado por la normal. c) Trabajo realizado por la fuerza de rozamiento. d) Trabajo realizado por el peso. e) Trabajo total realizado. Ejercicio 3. Una vagoneta se encuentra sobre una vía recta horizontal. Calcula el trabajo realizado en los siguientes casos: a) Si empujas con una fuerza de 100 N durante 50 s sin conseguir moverla. b) Si empujas con una fuerza de 500 N en la dirección de la vía, de forma que recorra 10 m en 10 s. c) Si tiras de la vagoneta con una fuerza de 500N que forma un ángulo de 60º con la vía, de manera que recorra 10 m en 20 s.

INVESTIGANDO LA ENERGÍA

Seguro que todos habéis escuchado o dicho "He comido y me he cargado de energía". Utilizamos el término energía para todo tipo de expresiones pero, ¿sabemos realmente qué es la energía? La energía está presente en todos los sistemas físicos y en toda la vida, en general. Vamos a investigar sus transformaciones y conservación, enfrentándonos a diferentes retos. Además de comprobar que la cultura científica es fundamental en nuestra sociedad y muy útil en nuestra vida cotidiana. Al final de esta parte de la unidad tendréis que realizar y exponer un póster sobre una situación en la que se estudien las transformaciones de energía que vamos a trabajar.

"Aprender sin reflexionar es malgastar tu energía"

DESCUBRIENDO LA ENERGÍA

• ¿Qué es la energía?
• ¿Se puede ver u oír?
• ¿Se puede sentir?
• ¿Es fácil definirla?
• ¿Tenemos pruebas para saber que existe?

Solo tenemos que observar los cambios o las transformaciones que se producen en la naturaleza como el cambio de posición en el movimiento de un coche o el cambio de temperatura en el calentamiento o enfriamiento de un cuerpo. La respuesta está en la energía, ella es la responsable de estos cambios.

DESCUBRIENDO LA ENERGÍA

DEFINIR LA ENERGÍA A TRAVÉS DE 3 ACTIVIDADES QUE SE PROPONEN Y REALIZAR UN BREVE INFORME CON LA INFORMACIÓN RECOPILADA

Vídeo Informativo

Evidencias y conclusiones

Tipos de energía

Propón otras 3 situaciones de la vida real donde estén presentes los tipos de energía anteriores

https://www.youtube.com/watch?v=-DbsKumdAus&t=9s

Fotografías energéticas

ENERGÍA MECÁNICA

• Es la energía que tiene un cuerpo debido a su posición y a su velocidad.
• La energía mecánica total de un cuerpo es la suma de su energía cinética y de su energía potencial.
• La energía cinética está asociada a la velocidad de un cuerpo.
• La energía potencial está relacionada con la posición de un cuerpo.
• Todas las formas de energía pueden transferirse y producir cambios o transformaciones en otros cuerpos.
• La unidad en el SI es el julio (J), pero también puede venir expresada en kilojulios (kJ), calorías (cal) y kilowatio-hora (kWh=3,6 106 J ).

Em= Ec+Ep

ENERGÍA MECÁNICA

ENERGÍA CINÉTICA

ENERGÍA POTENCIAL

• Es la energía que posee un cuerpo debido a la posición que ocupa, es decir, a su altura, y a los cambios en la misma.
• Si la altura del cuerpo aumenta, aumenta su energía potencial.
• La energía potencial es proporcional a la altura a la que se encuentra un cuerpo y a su masa, se expresa con la siguiente ecuación:

• Es la energía asociada a la velocidad de un cuerpo.
• Todos los cuerpos en movimiento tienen energía cinética.
• Se calcula mediante la siguiente expresión:

Ec= 1/2 mv2

Ep=mgh

• m es la masa del cuerpo en kg
• v es la velocidad en m/s
• A mayor velocidad y mayor masa, mayor energía cinética.

• m es la masa del cuerpo en kg
• h es la altura en metros
• g es la aceleración de la gravedad= 9,8 m/s2

1. Calcular la energía cinética de un coche de masa 1500 Kg que circula con una velocidad de 90 km/h. 2. Un camión de masa 3400 Kg tiene una energía cinética de 675000 J, calcular la velocidad del camión en Km/h. 3. Calcula la energía potencial de un saltador de trampolín si su masa es de 50 kg y está sobre un trampolín de 12 m de altura sobre la superficie del agua. 4. Una paracaidista se lanza en caída libre desde 4 000 m de altura. Si la masa, con su equipo, es de 95 kg, ¿cuánto valdrá su energía potencial en el momento de abrir el paracaídas si lo abre cuando ha descendido 2500m ? 5. Un pájaro de masa 500 g vuela a una altura de 150 metros a una velocidad de 20 m/s , el pájaro desciende 50 metros y aumenta su velocidad a 25 m/s . Calcular la energía mecánica inicial y final del pájaro y su variación de energía mecánica.

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Una vagoneta circula por una montaña rusa desde un punto A situado a 50 m de altura con una velocidad de 5 m/s. Posteriormente pasa por otro punto B situado a 20 metros de altura. ¿Qué velocidad llevará al pasar por B? Se arroja verticalmente hacia arriba una pelota con una velocidad de 20 m/s , desde lo alto de un edificio de 10 metros de altura Calcule: a) la altura máxima que alcanza la pelota b) Velocidad con que llega al suelo

• En 1847, Helmholtz, enuncia una de las leyes fundamentales de la física: La Ley de la Conservación de la Energía.
• "La energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma".
• Principio de conservación de la energía mecánica: En un sistema aislado, se mantiene constante la energía total del sistema. Es decir, si a un objeto no se le comunica energía o se la quita, la energía se conserva, se mantiene constante.

Em= Ec + Ep= constanteEm1= Em2 => Ec1 + Ep1= Ec2 + Ep2

RELACIóN ENTRE ENERGÍA Y TRABAJO

Si sobre un cuerpo se aplica una fuerza igual a su peso dirigida verticalmente hacia arriba, asciende a velocidad constante (como la fuerza total es nula, la aceleración también lo es). Si su altura se incrementa en h metros, el trabajo realizado será:

- El trabajo es una forma de transferir energía de un cuerpo a otro. - Ejemplo: Si se realiza un trabajo al empujar una caja horizontalmente, se está aumentando su energía cinética y si se realiza ese trabajo levantando la caja verticalmente se está aumentando su energía potencial.

W = F d = mgΔh = mg(hf - ho) = mghf - mgho= Epf - Epo = ΔEp

Si la fuerza aplicada aumenta la velocidad del objeto, entonces se incrementa su energía cinética:

W= Fd= 1/2 m(v2f - v2i)= ∆Ec

Ramón y Carlota han ido a pasar el día al Parque Warner, se suben a la montaña rusa "Coaster Éxpress". En la cima de la montaña rusa, el coche de Ramón y Carlota tiene, con todos sus ocupantes, una masa total de 1000 kg, está a una altura de 45 metros sobre el suelo y lleva una velocidad de 5 m/s. La cima siguiente está a una altura de 20 metros sobre el suelo. a) Calcula la energía mecánica en la primera cima. b) Calcula la energía cinética y potencial en la segunda cima. c) Calcula la velocidad en la segunda cima.

Después se dirigen al "Río Bravo", la barca se para antes del descenso y cae hasta alcanzar una velocidad de 60Km/h en 5 s. a) Calcula el trabajo realizado. b) Si la barca recorre 35 m en la caída, calcula la fuerza que se ha comunicado a la barca.

https://edpuzzle.com/media/65f6bfea3c43825621236744

POTENCIA

Mide la rapidez con la que se realiza el trabajo y se cambia la energía de un objeto.P= W/t La unidad de potencia en el SI es el vatio (W), que corresponde a la realización del trabajo de 1 julio en 1 segundo. Para expresar potencias habituales, se utiliza con frecuencia el kilovatio (1 kW = 1000 W) y el megawatio ( 1MW = 106 W). Otra unidad de uso habitual en motores de automóviles es el caballo de vapor (CV): 1 CV = 735 W = 0,735 kW.

Carlota y Ramón también se suben en "La Venganza del Enigma", son tres torres de caída controlada. En el Modo Turbo los pasajeros ascienden lentamente por la torre proporcionándoles unas impresionantes vistas. En la parte superior, a 100 metros de altura, las vagonetas se paran y, tras unos segundos, se sueltan para caer a gran velocidad por la torre; después pierden velocidad para ascender de nuevo realizando diferentes rebotes. Si la torre en la que se montan sube una carga de 1200 Kg en 18 s. a) Calcula el trabajo realizado por el motor de la torre. b) Calcula la potencia desarrollada.

a) Calcula el trabajo que realiza el motor de un ascensor en una atracción para subir 1417 kg, que es la masa del ascensor más los pasajeros, hasta una altura de 30 m. b) ¿Cuál es la potencia desarrollada por el motor si tarda en subir 24 s?

Un objeto de 10 kg cae desde una altura de 20 m. Calcula: a) La energía potencial cuando está a una altura de 10 m. b) La velocidad que tienen en ese mismo instante. c) El trabajo que efectúa cuando llega al suelo. d) La velocidad con que llega al suelo.

ACTIVIDADES EVALUABLES A REALIZAR POR LOS ESTUDIANTES

1. DIARIO DE APRENDIZAJE: Incluir todos los ejercicios realizados en clase, notas personales y ejercicios enviados para casa.
2. INFORME BREVE SOBRE EL CONCEPTO DE ENERGÍA: Responder las preguntas del vídeo, relacionar las fotografías con la energía correspondiente y proponer 3 situaciones de la vida diaria con los tipos de energía.
3. PÓSTER FINAL SOBRE UNA SITUACIÓN REAL SOBRE LOS TIPOS DE ENERGÍA: Se realiza en grupos de 4 compañeros.
4. CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN: Quizziz de 10 preguntas tipo test con 1 opción correcta a responder con un código QR que la profe os proporcionará.