Este documento presenta conceptos fundamentales de mecánica como trabajo, energía y fuerza. Explica que el trabajo es la magnitud de la fuerza aplicada y el desplazamiento resultante, y que la potencia mide la rapidez del trabajo. También define la energía cinética como proporcional a la masa y velocidad de un cuerpo, y la energía potencial gravitatoria y elástica en función de la posición y deformación de un cuerpo. Finalmente, establece la relación entre trabajo y cambios en la energía de un sistema.

1. UNIDAD 1: MECÁNICA
Liceo Bicentenario Viña del Mar
Física – 2° año medio
Prof. Paula Durán Ávila
2° año medio 2013

2. CAPÍTULO
5:
TRABAJO Y
ENERGÍA

3. Objetivos:
 Explicar cómo se manifiestan los
conceptos de trabajo y energía
mecánica en situaciones cotidianas.
 Analizar la relación existente entre
trabajo y cambio de energía
 Relacionar los distintos tipos de
energía con las propiedades
mecánicas de un cuerpo, como
posición y velocidad

4. Fuerzas (F)
 Interacción entre dos cuerpos
 Unidad de medida: NEWTON [N]
2° Ley de Newton
Fuerza de gravedad o Peso
En la Tierra
maF
mgF
2
8,9
s
m
g

5. Trabajo Mecánico (W)
 Magnitud de la fuerza aplicada a un
cuerpo y al desplazamiento que
experimenta este.
 Para que exista un trabajo mecánico
DEBE realizarse un desplazamiento
(vertical u horizontal)

6. Ejemplos:

7. Trabajo Mecánico
xFW
Variable Unidad
Trabajo W Joule [J]
Fuerza F Newton [N]
Desplazamiento Δx Metros [m]

8. Casos:

9. Ejercicio N°1
Para empujar su bicicleta, un
peatón aplica una fuerza
constante de 20 N, en
dirección paralela al piso.
a) ¿Cuánto trabajo sobre la
bicicleta realiza el peatón
al cruzar una calle de 10 m
de ancho?
b) ¿Cuánto trabajo realiza la
fuerza de gravedad sobre
la bicicleta en el mismo
trayecto?
Respuesta:
a) 200[J]
b) 0[J]

10. Ejercicio N°2
Supongamos que se levanta una
maleta de masa m=15[kg] hasta
una altura de 20[cm] con
velocidad constante. Se
mantiene esta posición unos
segundos y luego se baja hasta
el suelo también con velocidad
constante ¿Qué trabajo se
realiza en cada situación?
Resp
:
30[J]
0[J]
-30[J]

11. Potencia Mecánica (P)
t
W
P
Para medir la rapidez
con que se realiza
el trabajo, se define
la potencia
Variable Unidad
Potencia P Watts [W]
Trabajo W Joules[J]
tiempo t Segundos
[s]

12. EJERCICIO Nº 3
D
Aplicación
12
Una persona arrastra una caja de 60 [kg] a lo
largo de 10 [m] con una fuerza de 240 [N].
Luego lo levanta hasta un camión cuya
plataforma está a 0,80 [m] de altura. Si el
proceso tomó 2 minutos, entonces el trabajo
total y la potencia desarrollada por la persona
son respectivamente:
A) 1.500 [J] y 3 [W]
B) 2.000 [J] y 6 [W]
C) 2.400 [J] y 12 [W]
D) 2.880 [J] y 24 [W]
E) 3.200 [J] y 36 [W]

13. Energía
La energía se define como la capacidad
de un cuerpo para realizar trabajo.
 Eólica.
 Térmica.
 Química.
 Eléctrica.
 Mecánica.
 Nuclear.

14. Energía Cinética (Ec)
 La energía cinética de un cuerpo es
directamente proporcional a su masa
y al cuadrado de su rapidez.
 Está relacionada con la rapidez del
cuerpo.
2
C
mv
2
1
E
Variable Unidad
Energía E Joule [J]
Masa m [kg]
Velocidad v [m/s]

15. EJERCICIO Nº 4
 Una bala de 50 [g] que se mueve a
200 [m/s] tiene una energía cinética
de
A) 1 [J]
B) 10 [J]
C) 100 [J]
D) 500 [J]
E) 1.000 [J]
E
Aplicación
15

16. Teorema del trabajo y energía
cinética
 La energía ganada por un cuerpo es
equivalente al trabajo mecánico
realizado sobre él.
16
2
I
2
F
CiCf
C
vvm
2
1
W
EEW
EW

17. EJERCICIO Nº 5
 Un nadador de masa 70[kg] inicialmente
tiene una rapidez de 4[m/s]. Si al cabo de un
cierto instante su rapidez es de 8[m/s], ¿qué
trabajo efectuó?
A) 840 [J]
B) 1680 [J]
C) 3360 [J]
D) 8400 [J]
E) 16800 [J]
B
Comprensión
17

18. Energía Potencial
 Energía asociada a la fuerza que
depende solo de la posición del cuerpo
Tipo de Energía Descripción
Energía Potencial
Gravitatoria
Energía que tiene cualquier objeto
ubicado a cierta altura por efecto de
la atracción semestre
Energía Potencial Elástica Energía que adquieren los cuerpos
que se deforman
Energía Potencial
Magnética
Energía que adquiere un cuerpo que
es atraído por un imán
Energía Potencial Eléctrica Energía que adquiere una carga
eléctrica en presencia de otra

19. Energía Potencial Gravitatoria
(Epg)
 Energía que tiene
cualquier cuerpo
ubicado a cierta atura
y que se debe al
efecto de la gravedad
terrestre.
 Depende del sistema
de referencia
mghE pg
Variable Unidad
Energía E Joule
[J]
Masa m [kg]
Aceleración de
gravedad
g [m/s2]

20. Energía Potencial Elástica
(Epe)
 Depende de la deformación de los
cuerpos.
20
2
E
xk
2
1
E
Variable Unidad
Energía E Joule [J]
Constante de
Elasticidad
k [N/m]

21. POSICIÓN Y ENERGÍA
POTENCIAL
21
h
x

22. EJERCICIO Nº 6
Determine la energía potencial de un
niño de 60 kg parado en el trampolín de
una piscina a 4 metros de altura.
a) 240 (J)
b) 600 (J)
c) 1.200 (J)
d) 2.400 (J)
e) 6.000 (J)
D
Aplicación
22

23. EJERCICIO Nº 7
 Se lanza verticalmente hacia abajo, desde 50
metros de altura, un cuerpo de 2 (kg) con rapidez
inicial de 5 (m/s). Determine la energía potencial del
cuerpo en el momento de haber sido lanzado.
A) 100 [J]
B) 25 [J]
C) 1000 [J]
D) 400 [J]
E) 0 [J]
C
Aplicación
23

24. Ejercicio N°8
 Un cuerpo está unido a un resorte de
constante 200[N/m], ¿cuál es la
energía potencial se el resorte se
comprime 0,08[m]?

25. TRABAJO - ENERGÍA
POTENCIAL
 El trabajo realizado por la fuerza peso es igual al valor
opuesto de la variación de energía potencial gravitatoria.
 El trabajo realizado por la fuerza elástica es igual al
valor opuesto de la variación de energía potencial
elástica.
25
2
)xk(x
W
)hmg(hW
EEW
EW
2
f
2
i
fi
PfPi
P

26. Conceptos Aprendidos
 Trabajo mecánico
 Potencia mecánica
 Energía cinética
 Energía potencial gravitatoria
 Energía potencial elástica
 Relación trabajo y energía.