1. ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORAL TERMODINÁMICA ITEMA:MANIFESTACIONES DEL TRABAJO Manifestaciones de trabajoExplicar 10 manifestaciones de trabajo 1. Trabajo Eléctrico -9906081915 Un horno eléctrico bien aislado aumenta su temperatura por medio de un elemento de calentamiento, al considerarse todo el horno como el sistema, incluido el elemento de calentamiento, se determina que se trata de una interacción de calor. Explicación: En este sistema, las superficies internas del horno forman la frontera. El contenido de energía del horno se incrementa durante este proceso, según se comprueba con el aumento de temperatura. Esta transferencia de energía al horno se debe no a una diferencia de temperatura entre el horno y el medio circundante, sino a los electrones que cruzan la frontera del sistema y, por tanto, realizan trabajo. En un campo eléctrico cuando, los electrones de un alambre se mueven por el efecto de fuerzas electromotrices, por lo tanto realizan trabajo. El potencial eléctrico en un punto es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una carga positiva q desde el infinito (donde el potencial es cero) hasta ese punto, dividido por dicha carga. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria q desde el infinito hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica, dividido por esa carga. Matemáticamente se expresa por: Partiendo de la definición clásica de trabajo, en este caso se realizará un trabajo para trasladar la carga de un punto a otro. De tal forma que al producirse un pequeño desplazamiento dl se generará un trabajo dW. Es importante resaltar que el trabajo será positivo o negativo dependiendo de cómo se realice el desplazamiento en relación con la fuerza. El trabajo queda, entonces, expresado como: Será considerado trabajo positivo el realizado por un agente externo al sistema carga-campo que ocasione un cambio de posición y negativo aquél que realice el campo. Teniendo en cuenta la expresión: Por lo tanto, el trabajo total será: Si el trabajo que se realiza en cualquier trayectoria cerrada es igual a cero, entonces se dice que estamos en presencia de un campo eléctrico conservativo. Expresándolo matemáticamente: Trabajo Mecánico 2. Trabajo de flecha o de eje 15240147955 La transmisión de energía mediante ejes rotatorios se encuentra comúnmente, como en el caso no solo de flechas de automóviles, sino también en los motores de las lanchas. 132969036830-381046355Explicación: El trabajo de la flecha es proporcional al par de torsión aplicado y al número de revoluciones de la flecha. La fuerza producida por las rotaciones de la flecha, es aquella que produce el movimiento de la lancha. Considerando la lancha como un sistema en el cual solo la fuerza de torsión interviene, el movimiento que produce da como resultado el trabajo de la flecha. Expresamos la fuerza F en términos del torque T y un radio r de aplicación de la fuerza F para que produzca dicho torque, de modo que, y expresamos la distancia d como una longitud circunferencial, asi: Recordando que
n
es el número de revoluciones que realiza la flecha. Por último, reemplazando los valores de F y d tendríamos que, y cancelando el término r Continuando con la secuencia anterior, la potencia sería donde N es la velocidad angular y T el torque aplicado. 3. Trabajo de resorte Fx Explicación: La fuerza aplicada para producir el estiramiento del resorte, es una fuerza externa que actúa sobre el sistema y que modifica su energía interna, esto se debe a que el trabajo realizado sobre el sistema, al desplazarlo cierto espacio, se ha almacenado en el mismo. Si aplicamos una fuerza a un resorte a lo largo de una distancia x, estaremos haciendo trabajo sobre el resorte. Si obedecemos a la ecuación general para el trabajo en forma diferencial tendremos: Ahora, para resortes elástico lineales, existe una relación entre la fuerza F y su deformación x a partir del punto donde el resorte no se halla ni estirado ni comprimido o posición de reposo, la cual es: Donde k es la constante del resorte. Así, si reemplazamos la expresión para F en la ecuación diferencial e integramos entre las deformaciones x1 y x2 tendremos que el trabajo es: Sobra decir que las deformaciones x2 y x1 son medidas a partir de la posición de reposo del resorte y que el trabajo estará en unidades de fuerza por distancia o unidades de energía, bien sea N.m o J. 4. Trabajo relacionado con el estiramiento de una película líquida 15240141605 Consideramos una película líquida de jabón suspendida en un marco ajustable de alambre. Se sabe por experiencia que se requiere cierta fuerza para estirar la película con el lado móvil del marco del alambre. 3520440151765Explicación: Esta fuerza se emplea para vencer las fuerzas microscópicas entre las moléculas existentes en las interfases líquido-aire. Estas fuerzas microscópicas son perpendiculares a cualquier línea de la superficie, y la fuerza que generan por unidad de longitud se llama tensión superficial , cuya unidad es N/m. Por lo tanto, el trabajo relacionado con el estiramiento de una película se llama trabajo de tensión superficial, denominado por Wsuperficial=12γdA donde dA=2bdx es el cambio en el área superficial de la película. El factor 2 se debe a que la película tiene dos superficies en contacto con el aire. La fuerza que actúa sobre el alambre móvil como resultado de los efectos de la tensión superficial es F=2b donde es la fuerza de la tensión superficial por unidad de longitud. 5. Trabajo hecho sobre barras sólidas elásticas 15240158750 El estiramiento de una barra de cualquier sólido representa también un tipo de trabajo ejercido sobre ellos, que depende de un estado de mantenimiento de la fuerza que se ejerce sobre la barra. Explicación: Los sólidos suelen modelarse como resortes lineales debido a que bajo la acción de una fuerza se contraen o se alargan y cuando ésta se elimina regresan a su longitud original. Esto es cierto siempre y cuando la fuerza se mantenga dentro del límite elástico, es decir, que no sea demasiado grande como para causar deformaciones permanentes. Por consiguiente, las ecuaciones para un resorte lineal también son aplicables a las barras sólidas elásticas. Alternativamente, se puede determinar el trabajo relacionado con la extensión o contracción de estas barras al sustituir la presión P por su contraparte en los sólidos, el esfuerzo normalσn=F/A, en la expresión para el trabajo: Welástico=12Fdx=12σnAdx donde A es el área de la sección transversal de la barra. 6. Trabajo hecho para elevar un cuerpo 15240180975 Considerando el caso de una persona que está levantando pesas, tomando en cuenta como sistema a las pesas. Explicación: Este levantador de pesas ejerce un fuerza hacia arriba sobre la barra en todo momento. Cuando está levantando del suelo la barra está realizando un trabajo positivo, debido a que la fuerza que ejerce se encuentra en dirección del desplazamiento de la barra. Efectúa un trabajo negativo al bajar la barra puesto que el desplazamiento es contrario a la fuerza que le imprime al sistema; mientras que la barra está estacionaria /el desplazamiento es cero) efectúa un trabajo de cero. 7. Trabajo al lanzar un cuerpo -70485143510Explicación: Cuando un atleta lanza la jabalina en una competencia de atletismo, efectúa un trabajo sobre la jabalina, es decir, ejerce una fuerza a lo largo de una distancia. El resultado es que la jabalina adquiere energía cinética (energía de movimiento). Al final del vuelo de la jabalina, esa energía cinética efectúa un trabajo sobre el suelo al penetrar la superficie. 8. Trabajo gravitacional 5715189230La gravedad se refiere a la fuerza ejercida entre la Tierra y los objetos situados en su superficie o cerca de ella. Por ello, cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial. Explicación: La gravedad es ya de por si una fuerza que se ejerce sobre una cantidad de masa, es por esto que cuando se mueve cualquier tipo de sistema se está realizando un trabajo, siempre y cuando el desplazamiento se dé en la misma dirección en la que está actuando la fuerza. 9. Trabajo de aceleración 571560325 Al dejar caer un simple objeto desde cualquier altura mayor a cero, se produce un trabajo de aceleración. Explicación: Trabajo de aceleración es la variación de la velocidad de un objeto por unidad de tiempo. La velocidad se define como vector, es decir, tiene módulo (magnitud), dirección y sentido. De ello se deduce que un objeto se acelera si cambia su celeridad (la magnitud de la velocidad), su dirección de movimiento, o ambas cosas. Si se suelta un objeto y se deja caer libremente, resulta acelerado hacia abajo. Si se ata un objeto a una cuerda y se le hace girar en círculo por encima de la cabeza con celeridad constante, el objeto también experimenta una aceleración uniforme; en este caso, la aceleración tiene la misma dirección que la cuerda y está dirigida hacia la mano de la persona. Si el objeto es dejado caer libremente, la única fuerza que actúa sobre él es la gravedad, pero si es tirado con una aceleración inicial, ésta ya cambia, aunque sigue siendo un trabajo de aceleración. 10. Trabajo de simple desplazamiento 15240124460 Al observa tirar a un caballo u otro animal de una carreta, estamos observando el trabajo que está realizando el animal. Explicación: Tomando como sistema cerrado a la carreta halada por el caballo, consideramos la fuerza que ejerce el animal sobre la carreta, así como su dirección. Tanto la fuerza ejercida por el caballo sobre la carreta como la dirección del desplazamiento de la carreta, llevan el mismo sentido, por lo tanto significa que de acuerdo al concepto de trabajo, encontramos que el ejercido por el caballo sobre la carreta es positivo. Eso en tanto a la fuerza que ejerce el caballo, pero existen otro tipo de fuerzas que también se encuentran actuando sobre la carreta, pero éstas no producen ningún tipo de desplazamiento y es por esto que no producen trabajo; entre esas fuerzas está la fricción y la normal que so perpendiculares al desplazamiento de la carreta, y por lo tanto no repercuten en el tipo de trabajo.