La Energía, el Trabajo y la Potencia
La energía es una propiedad de los cuerpos o sistemas materiales que produce transformaciones en forma de trabajo y/o calor.
1 J = 0,24 cal 1 kJ = 103 J
1 cal = 4,18 J 1kcal = 103 cal
Energía Mecánica (EM)
Es la energía que está ligada a la posición o al movimiento de los cuerpos. Existen dos tipos de EM. EM = Ec + Ep
- Ec: es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo y de su velocidad.
- Ep: es la energía que tienen los cuerpos por ocupar una determinada posición. Dependiendo del cuerpo y del medio en que se encuentre hablamos de:
- Ep gravitatoria: es la energía que tienen los cuerpos por estar en un lugar determinado sobre el suelo terrestre. Consideramos que la Ep gravitatoria de un cuerpo es 0 cuando está sobre la superficie de la Tierra.
- Ep elástica: es la energía que tienen los cuerpos que sufren una deformación. Su valor depende de la constante de elasticidad del cuerpo y de lo que se ha deformado.
Trabajo
El trabajo es la energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro por medio de una fuerza que provoca un desplazamiento, y es igual al producto de la fuerza hecha en la dirección del movimiento por el espacio recorrido.
Trabajo de una Fuerza
- Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza que le provoca un desplazamiento en su misma dirección, el trabajo desarrollado coincide con la variación de energía cinética que experimenta el cuerpo.
- Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza vertical que le hace desplazarse en esa misma dirección con velocidad constante, el trabajo desarrollado coincide con la variación de energía potencial que experimenta el cuerpo.
- Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza que provoca cambios en su velocidad y en su posición, el trabajo de esa fuerza es igual a la variación de energía mecánica que experimenta el cuerpo.
Principio de Conservación de la Energía Mecánica
Si sobre un cuerpo o sistema solo actúan fuerzas gravitatorias y/o fuerzas elásticas, la energía mecánica se conserva, es decir:
Potencia
La potencia (P) es una magnitud física que relaciona el trabajo realizado (o la energía aportada) con el tiempo que se emplea en ello.
En el SI la potencia se mide en vatios (W).
Un vatio es la potencia de una máquina que puede realizar un trabajo de un julio en un segundo.
1kW = 1000W 1CV = 736W
1 kW multiplicado por hora no es unidad de potencia, sino unidad de trabajo.
Leyes de Kepler y Peso
Leyes de Kepler
- 1ª ley: Todos los planetas se mueven alrededor del Sol siguiendo órbitas elípticas. El Sol está en uno de los focos de la elipse.
- 2ª ley: Los planetas se mueven con velocidad areolar constante, es decir, la línea que une en cada momento el planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
- 3ª ley: Para todos los planetas: d3/T2=cte, donde d es la distancia media al Sol, y T el periodo.
Peso
Fuerza de atracción gravitatoria que la Tierra ejerce sobre los cuerpos que están en sus proximidades.
P=mg, donde M es la masa de la Tierra; m es la masa del cuerpo; R es el radio de la Tierra.
Aceleración de la Gravedad
Fluidos y Presión
Fluidos
Un fluido es un cuerpo cuyas partículas cambian de posición con facilidad. (Líquidos y gases)
Principio de Arquímedes
Cuando sumergimos un cuerpo en agua, su peso disminuye en una cantidad que coincide con el peso del agua que desaloja.
Cuando se introduce un cuerpo en un líquido:
- Se desplaza un volumen de líquido igual al volumen del cuerpo introducido.
- El cuerpo pesa menos cuando está dentro del líquido.
Empuje
Fuerza que empuja el cuerpo hacia arriba y que contrarresta el peso del cuerpo.
F empuje = peso real – peso aparente
Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical y hacia arriba llamada empuje que es igual al peso del volumen de fluido desalojado.
- Si el peso es mayor que el empuje, el cuerpo se hunde. P > E
- Si el peso es menor que el empuje, el cuerpo asciende. P
- Si el peso es igual que el empuje, el cuerpo se mantiene en equilibrio. P = E
Fuerzas en el Interior de un Fluido: Presión
Un cuerpo sumergido en un fluido está sometido a una fuerza que actúa en cualquier dirección perpendicular al cuerpo.
El valor de la fuerza será mayor cuanto mayor sea la profundidad a la que se encuentre.
La presión en un punto de un fluido es directamente proporcional a la densidad del fluido y a la profundidad.
Presión
Mide la fuerza por unidad de superficie. Es una magnitud escalar, ya que queda perfectamente definida por un número y su unidad.
Presión Hidrostática
La presión ejercida sobre un cuerpo sumergido en un fluido depende de la columna de fluido que hay sobre el cuerpo.
Dos puntos que se encuentran sumergidos en un líquido a la misma altura, estarán sometidos a la misma presión.
La Presión Atmosférica: Experimento de Torricelli
Tubo de mercurio, en cubeta con mercurio, se vació hasta 760 mm.
Atmósfera
1 atmósfera: presión que ejerce la atmósfera al nivel del mar. Es equivalente a la presión que ejerce una columna de 760 mm de mercurio.
La presión atmosférica varía con la altitud. P = d.g.h
Principio de Pascal
La presión ejercida en un punto de un líquido se transmite íntegramente a todos los puntos del mismo.
La Prensa Hidráulica
Se utiliza para elevar grandes pesos.