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UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER
                                                             GUÍA DE ESTUDIO No._5_


                                           IDENTIFICACIÓN
UNIDAD ACADÉMICA            DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS
                                              ASIGNATURA: MECANICA
UNIDAD TEMÁTICA             TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA

           COMPETENCIA                                         RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Analizar el teorema fundamental del           Relaciona la fuerza como generadora del trabajo en un cuerpo.
trabajo y la energía, sus aplicaciones        Determina de acuerdo a su posición relativa la energía que tiene un
sobre      un     cuerpo      y     las        cuerpo en movimiento.
manifestaciones de la conservación            Resuelve problemas de Energía y Colisiones aplicando la ley de
de la energía en un movimiento y/o             conservación de la energía y el momentum (P).
en una colisión.


                                        ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE
En primer lugar debes repasar los siguientes conceptos, necesarios para el buen desarrollo de la temática:
    a) Vectores y suma de vectores por componentes
    b) Movimiento rectilíneo, curvilíneo y circular.
    c) Leyes de Newton

Cuando tengas claro los temas indicados anteriormente estarás listo para abordar la temática de trabajo, potencia
y energía. Para lograr una mejor comprensión de la temática te invitamos a revisar los recursos bibliográficos de la
institución y páginas web relacionadas con los siguientes temas:

1.   Definición de Trabajo, el teorema del trabajo y la energía.
2.   La energía, energía cinética (Ek), energía potencial gravitacional (U), energía potencial elástica (Eex).
3.   Conservación de la energía mecánica.
4.   Principio del impulso (I) y el momentum (P).

Una vez hayas investigado estos conceptos estas en la capacidad de desarrollar el siguiente ciclo de actividades:

1. Resuelve los ejercicios que se encuentran a continuación como parte de tu proceso para la comprensión de la
   temática de trabajo. potencia y energía, siguiendo un proceso claro y tratando en lo posible de aplicar lo
   aprendido en clase, no olvides que esto será evaluado con tu docente de acuerdo con lo que hayan pactado al
   inicio del curso.

                                                     EJERCICIOS

1.-Un ascensor de un edificio pesa 10000 N cuando está lleno. Se tira hacia arriba con una rapidez constante de
  0,5 m/seg ¿cuál es la mínima potencia (en HP) que debe producir el motor para llevar a cabo esta tarea?

2.-¿Cuánto trabajo puede efectuar un motor de 2.0 HP en 1 hora?

3.-Un automóvil de 1200 kg desacelera desde 90 km/h hasta 70 km/h en 5 seg cuando va en “punto muerto”.¿qué
  potencia , en watt y en HP se necesita, aproximadamente, para mantenerlo moviéndose a 80 km/h constantes
  horizontales?
                                                                                -31                                       6
4.-¿Cuánto trabajo se necesita para acelerar un electrón ( m = 0 9,11x10              kg) desde el reposo hasta 5 x 10
       2
  m/seg ?

5.-Un hombre tira de sus niños en un trineo por una acera horizontal cubierta de nieve .Al recorrer una distancia de
  150 m , a velocidad constante, hace un trabajo de 145.000 J . El coeficiente de fricción entre los patines y la
  nieve es de 0,45. Calcular la masa combinada de los niños y el trineo.

6.-Una balsa de 49000 kg se remolca a lo largo de un canal a una velocidad constante de 3 km/h . La cuerda del
  remolque forma un ángulo de 24 ° con la velocidad de la balsa , y la tensión en la cuerda es de 650 N. Encontrar
  la energía cinética de la balsa y la potencia usada para moverla en el canal.




                                                                                          VERSIÓN: 1 FECHA: Julio 1 de 2009
UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER
                                                           GUÍA DE ESTUDIO No._5_


7.-¿Qué cantidad promedio de potencia (en HP) desarrolla una mujer de 60 kg cuando sube 12 m en 20 seg a toda
  velocidad por una escalera?

8.- Un objeto de 3 kg que se mueve inicialmente con una velocidad de 2 m/seg recibe la acción de una fuerza y la
  velocidad aumenta a 6 m/seg.
    (i)     ¿cuál es la energía cinética final del objeto?
    (ii)    ¿cuánto trabajo realizó la fuerza aplicada?
    (iii)   ¿cuánto trabajo se necesita para detener el objeto?

9.-Un conductor aplica los frenos cuando su auto lleva una velocidad de 72 km/h. Por consideraciones energéticas
  determine la distancia que recorre antes de pararse, si el coeficiente de rozamiento entre las llantas y el suelo es
  0,5.

10.-¿De qué magnitud es la fuerza que se requiere para acelerar un electrón desde el reposo hasta una rapidez de
  2 × 10 m/seg en 0,5 cm? ( masa del electrón : 9,1x10 kg )
        7                                             -31



11.-¿Desde qué altura debe caer un objeto de 1000 kg para tener la misma cantidad de energía cinética que un
  camión de carga de 8 ton viajando a una velocidad de 90 km/h a lo largo de una carretera horizontal?

12.-Se lanza una pelota de 0,5 kg hacia arriba con una rapidez inicial de 16 m/seg. Suponiendo que su energía
    potencial inicial es cero, determine su energía cinética, su energía potencial y la energía mecánica total
(i) en su posición inicial
(ii) cuando su altura es 5 m
(iii)cuando alcanza la posición más alta en su vuelo

13.-Un motor levanta un elevador de 900 kg desde el piso. La velocidad inicial es cero pero a los 20 m su
  velocidad es 3 m/seg.
    (i)     ¿cuánto trabajo ha efectuado el motor?
    (ii)
            ¿qué fracción del trabajo total se volvió energía cinética?

14.-Se deja caer una masa de 5 kg desde una ventana que está a 12 m sobre el pavimento, ¿con qué rapidez se
  mueve el objeto cuando golpea el techo de un automóvil que mide 170 cm de alto?

15.-Cuando un automóvil viaja a 60 km/h su motor genera 10 HP. ¿cuál es la fuerza retardante debida al la
  fricción?

16.-Un objeto de 2 kg se deja caer desde una altura de 12 m y alcanza una rapidez de 7 m/seg antes de golpear el
  piso, ¿de qué magnitud fue la fuerza de rozamiento media que retardó el movimiento?

17.-Los frenos de un automóvil de 90 kg fallan accidentalmente cuando el automóvil empieza a bajar una cuesta,
  ¿cuál será su rapidez cuando se encuentra 12 m por debajo de su punto de partida, suponiendo que el
  movimiento se retarda por una fuerza de rozamiento constante de 800 N. Considere que la distancia del camino
  es de 30 m .

18.-Se deja caer un objeto desde el reposo a una altura de 200 m, ¿a qué altura durante su caída la energía
  cinética será el doble de su energía potencial?

19.-Un objeto de masa 0,1 kg rueda por un plano inclinado de 0,5 m de altura. Si la velocidad del objeto es de
  1,25 m/seg ¿cuál es la energía perdida por rozamiento?

20.- Una pelota de 250 gr se arroja hacia arriba con una velocidad de 25 m/seg. Al regresar al lanzador tiene una
  velocidad de 20 m/seg.
    (i)¿cuánta energía se perdió al vencer la resistencia del aire?
    (ii)Si el 60% de esta energía se perdió en el viaje hacia arriba ¿ hasta qué altura subió la pelota?




                                                                                     VERSIÓN: 1 FECHA: Julio 1 de 2009
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                                                           GUÍA DE ESTUDIO No._5_


21.-Una argolla se desliza sobre un alambre sin
                                                       A
    rozamiento , como se muestra en la figura.                                                       C
    Si la velocidad de la argolla es de 2 m/seg            50 cm
                                                                                                 30 cm
    cuando está en el punto A ¿cuál es su
                                                                                  B
    velocidad en los punto B y C?


                                                  EVALUACIÓN
Te invitamos que con el desarrollo de la guía vayas evaluando tu proceso de aprendizaje para que puedas
encontrar tus fortalezas y debilidades con ayuda del docente. El desarrollo de la guía, su presentación, entrega y
porcentaje de valoración cuantitativa será acordado con el profesor.

Como parte de tu autoevaluación y alcance de los resultados de aprendizaje deberás poder responder para ti
mismo las siguientes cuestiones:

•   ¿Reconozco la Fuerza como generadora del trabajo de un cuerpo?
•   ¿Diferencio los tipos de colisiones de acuerdo a sus características?
•   ¿Soy capaz de calcular la energía que posee un cuerpo de acuerdo a su posición relativa?
•   ¿Soluciono situaciones problema a partir de la formulación de la ley de conservación de la energía?
•   ¿Soluciono situaciones problema a partir de la formulación de la ley de conservación de la cantidad de
    movimiento?


                                           BIBLIOGRAFÍA
                                        TEXTOS SUGERIDOS
1. SERWAY, Raymond. FISICA tomo I, Sexta edición. Editorial Thomson
2. GETTYS, W. Edward. FISICA tomo I. Ed. Mc Graw Hill.

                                        TEXTOS COMPLEMENTARIOS
1. HOLLIDAY, R. Fisica, Parte I
2. ALONSO Y FINN. Mecánica.

                                                     SITIOS WEB
1-. http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/trabajo.htm
2-. http://www.darwin-milenium.com/Estudiante/Fisica/Temario/Tema5.htm
3-. http://www.escolared.com.ar/nuevacarpeta/trabajo.htm
4-. http://www.fisicanet.com.ar/fisica/f1_trabajo_energia.php

En las siguientes páginas encontrarás ejercicios resueltos que te ayudarán a ver estrategias para solucionar
problemas sobre energía.

5-.http://www.resueltoscbc.com.ar/index.php?cat=teofisica&unidad=4
6-. www.resueltoscbc.com.ar/teoricos/biofisica/doc/T1-6.doc
7-. www.monografias.com/trabajos-pdf/energia-potencial/energia-potencial.pdf




                                                                                  VERSIÓN: 1 FECHA: Julio 1 de 2009

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  • 1. UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER GUÍA DE ESTUDIO No._5_ IDENTIFICACIÓN UNIDAD ACADÉMICA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS ASIGNATURA: MECANICA UNIDAD TEMÁTICA TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA COMPETENCIA RESULTADOS DE APRENDIZAJE Analizar el teorema fundamental del  Relaciona la fuerza como generadora del trabajo en un cuerpo. trabajo y la energía, sus aplicaciones  Determina de acuerdo a su posición relativa la energía que tiene un sobre un cuerpo y las cuerpo en movimiento. manifestaciones de la conservación  Resuelve problemas de Energía y Colisiones aplicando la ley de de la energía en un movimiento y/o conservación de la energía y el momentum (P). en una colisión. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE En primer lugar debes repasar los siguientes conceptos, necesarios para el buen desarrollo de la temática: a) Vectores y suma de vectores por componentes b) Movimiento rectilíneo, curvilíneo y circular. c) Leyes de Newton Cuando tengas claro los temas indicados anteriormente estarás listo para abordar la temática de trabajo, potencia y energía. Para lograr una mejor comprensión de la temática te invitamos a revisar los recursos bibliográficos de la institución y páginas web relacionadas con los siguientes temas: 1. Definición de Trabajo, el teorema del trabajo y la energía. 2. La energía, energía cinética (Ek), energía potencial gravitacional (U), energía potencial elástica (Eex). 3. Conservación de la energía mecánica. 4. Principio del impulso (I) y el momentum (P). Una vez hayas investigado estos conceptos estas en la capacidad de desarrollar el siguiente ciclo de actividades: 1. Resuelve los ejercicios que se encuentran a continuación como parte de tu proceso para la comprensión de la temática de trabajo. potencia y energía, siguiendo un proceso claro y tratando en lo posible de aplicar lo aprendido en clase, no olvides que esto será evaluado con tu docente de acuerdo con lo que hayan pactado al inicio del curso. EJERCICIOS 1.-Un ascensor de un edificio pesa 10000 N cuando está lleno. Se tira hacia arriba con una rapidez constante de 0,5 m/seg ¿cuál es la mínima potencia (en HP) que debe producir el motor para llevar a cabo esta tarea? 2.-¿Cuánto trabajo puede efectuar un motor de 2.0 HP en 1 hora? 3.-Un automóvil de 1200 kg desacelera desde 90 km/h hasta 70 km/h en 5 seg cuando va en “punto muerto”.¿qué potencia , en watt y en HP se necesita, aproximadamente, para mantenerlo moviéndose a 80 km/h constantes horizontales? -31 6 4.-¿Cuánto trabajo se necesita para acelerar un electrón ( m = 0 9,11x10 kg) desde el reposo hasta 5 x 10 2 m/seg ? 5.-Un hombre tira de sus niños en un trineo por una acera horizontal cubierta de nieve .Al recorrer una distancia de 150 m , a velocidad constante, hace un trabajo de 145.000 J . El coeficiente de fricción entre los patines y la nieve es de 0,45. Calcular la masa combinada de los niños y el trineo. 6.-Una balsa de 49000 kg se remolca a lo largo de un canal a una velocidad constante de 3 km/h . La cuerda del remolque forma un ángulo de 24 ° con la velocidad de la balsa , y la tensión en la cuerda es de 650 N. Encontrar la energía cinética de la balsa y la potencia usada para moverla en el canal. VERSIÓN: 1 FECHA: Julio 1 de 2009
  • 2. UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER GUÍA DE ESTUDIO No._5_ 7.-¿Qué cantidad promedio de potencia (en HP) desarrolla una mujer de 60 kg cuando sube 12 m en 20 seg a toda velocidad por una escalera? 8.- Un objeto de 3 kg que se mueve inicialmente con una velocidad de 2 m/seg recibe la acción de una fuerza y la velocidad aumenta a 6 m/seg. (i) ¿cuál es la energía cinética final del objeto? (ii) ¿cuánto trabajo realizó la fuerza aplicada? (iii) ¿cuánto trabajo se necesita para detener el objeto? 9.-Un conductor aplica los frenos cuando su auto lleva una velocidad de 72 km/h. Por consideraciones energéticas determine la distancia que recorre antes de pararse, si el coeficiente de rozamiento entre las llantas y el suelo es 0,5. 10.-¿De qué magnitud es la fuerza que se requiere para acelerar un electrón desde el reposo hasta una rapidez de 2 × 10 m/seg en 0,5 cm? ( masa del electrón : 9,1x10 kg ) 7 -31 11.-¿Desde qué altura debe caer un objeto de 1000 kg para tener la misma cantidad de energía cinética que un camión de carga de 8 ton viajando a una velocidad de 90 km/h a lo largo de una carretera horizontal? 12.-Se lanza una pelota de 0,5 kg hacia arriba con una rapidez inicial de 16 m/seg. Suponiendo que su energía potencial inicial es cero, determine su energía cinética, su energía potencial y la energía mecánica total (i) en su posición inicial (ii) cuando su altura es 5 m (iii)cuando alcanza la posición más alta en su vuelo 13.-Un motor levanta un elevador de 900 kg desde el piso. La velocidad inicial es cero pero a los 20 m su velocidad es 3 m/seg. (i) ¿cuánto trabajo ha efectuado el motor? (ii) ¿qué fracción del trabajo total se volvió energía cinética? 14.-Se deja caer una masa de 5 kg desde una ventana que está a 12 m sobre el pavimento, ¿con qué rapidez se mueve el objeto cuando golpea el techo de un automóvil que mide 170 cm de alto? 15.-Cuando un automóvil viaja a 60 km/h su motor genera 10 HP. ¿cuál es la fuerza retardante debida al la fricción? 16.-Un objeto de 2 kg se deja caer desde una altura de 12 m y alcanza una rapidez de 7 m/seg antes de golpear el piso, ¿de qué magnitud fue la fuerza de rozamiento media que retardó el movimiento? 17.-Los frenos de un automóvil de 90 kg fallan accidentalmente cuando el automóvil empieza a bajar una cuesta, ¿cuál será su rapidez cuando se encuentra 12 m por debajo de su punto de partida, suponiendo que el movimiento se retarda por una fuerza de rozamiento constante de 800 N. Considere que la distancia del camino es de 30 m . 18.-Se deja caer un objeto desde el reposo a una altura de 200 m, ¿a qué altura durante su caída la energía cinética será el doble de su energía potencial? 19.-Un objeto de masa 0,1 kg rueda por un plano inclinado de 0,5 m de altura. Si la velocidad del objeto es de 1,25 m/seg ¿cuál es la energía perdida por rozamiento? 20.- Una pelota de 250 gr se arroja hacia arriba con una velocidad de 25 m/seg. Al regresar al lanzador tiene una velocidad de 20 m/seg. (i)¿cuánta energía se perdió al vencer la resistencia del aire? (ii)Si el 60% de esta energía se perdió en el viaje hacia arriba ¿ hasta qué altura subió la pelota? VERSIÓN: 1 FECHA: Julio 1 de 2009
  • 3. UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER GUÍA DE ESTUDIO No._5_ 21.-Una argolla se desliza sobre un alambre sin A rozamiento , como se muestra en la figura. C Si la velocidad de la argolla es de 2 m/seg 50 cm 30 cm cuando está en el punto A ¿cuál es su B velocidad en los punto B y C? EVALUACIÓN Te invitamos que con el desarrollo de la guía vayas evaluando tu proceso de aprendizaje para que puedas encontrar tus fortalezas y debilidades con ayuda del docente. El desarrollo de la guía, su presentación, entrega y porcentaje de valoración cuantitativa será acordado con el profesor. Como parte de tu autoevaluación y alcance de los resultados de aprendizaje deberás poder responder para ti mismo las siguientes cuestiones: • ¿Reconozco la Fuerza como generadora del trabajo de un cuerpo? • ¿Diferencio los tipos de colisiones de acuerdo a sus características? • ¿Soy capaz de calcular la energía que posee un cuerpo de acuerdo a su posición relativa? • ¿Soluciono situaciones problema a partir de la formulación de la ley de conservación de la energía? • ¿Soluciono situaciones problema a partir de la formulación de la ley de conservación de la cantidad de movimiento? BIBLIOGRAFÍA TEXTOS SUGERIDOS 1. SERWAY, Raymond. FISICA tomo I, Sexta edición. Editorial Thomson 2. GETTYS, W. Edward. FISICA tomo I. Ed. Mc Graw Hill. TEXTOS COMPLEMENTARIOS 1. HOLLIDAY, R. Fisica, Parte I 2. ALONSO Y FINN. Mecánica. SITIOS WEB 1-. http://genesis.uag.mx/edmedia/material/fisica/trabajo.htm 2-. http://www.darwin-milenium.com/Estudiante/Fisica/Temario/Tema5.htm 3-. http://www.escolared.com.ar/nuevacarpeta/trabajo.htm 4-. http://www.fisicanet.com.ar/fisica/f1_trabajo_energia.php En las siguientes páginas encontrarás ejercicios resueltos que te ayudarán a ver estrategias para solucionar problemas sobre energía. 5-.http://www.resueltoscbc.com.ar/index.php?cat=teofisica&unidad=4 6-. www.resueltoscbc.com.ar/teoricos/biofisica/doc/T1-6.doc 7-. www.monografias.com/trabajos-pdf/energia-potencial/energia-potencial.pdf VERSIÓN: 1 FECHA: Julio 1 de 2009