Energía. Clase 7 Física

(1)

Energía

(2)

ENERGÍA MECÁNICA

-

Trabajo mecánico

-

Teorema trabajo y energía

-

Conservación de energía mecánica

CALOR Y TEMPERATURA

_-

_{Escalas de temperatura}

-

Dilatación térmica

-

Calor cedido/absorbido

-

Calor latente

-

Cambios de fase

-

Conducción, convección, radiación

(3)

Trabajo mecánico (W)

OJO

-

Las fuerzas realizan trabajo

-

Si sobre un cuerpo actúa más de una fuerza, cada fuerza realiza su propio trabajo

-

Trabajo neto: La suma de los trabajos realizados por distintas fuerzas

UNIDADES DE MEDIDA

-

Trabajo (W): Joule (J)

-

Fuerza (F): Newton (N)

-

Desplazamiento (de): Metros (m)

Desplazamiento (d) de un cuerpo de masa “m”, por acción de una fuerza externa F

(4)

SITUACIONES

m

● F tiene la misma dirección y sentido que d

W = F ! d → W es máximo/óptimo

● F es perpendicular a d

W = F ! d → W = 0

(5)

POTENCIA MECÁNICA (P)

Cantidad de trabajo (W) realizado en determinado tiempo (t)

UNIDADES DE MEDIDA

-

W: Joule

-

t: Segundos

(6)

ENERGÍA MECÁNICA

La energía mecánica de un cuerpo es la suma de la energía potencial y energía

cinética que posee

(7)

E N E R GÍA CIN É TICA

Ojo

- El trabajo total realizado por la

fuerza neta es igual a la

variación de energía cinética del

cuerpo

Energía asociada al movimiento de los cuerpos

(8)

TE OR E MA TR ABAJ O – E N E R GÍA

“ El trabajo efectuado por la fuerza neta sobre una partícula es igual al

cambio de energía cinética de la partícula”

W

_1à2

_{= 12 m ! v}

₂

2 – 12 m ! v

1

2 ;

(9)

ENERGÍA POTENCIAL

Asociada a la posición de los cuerpos

- Potencia gravitatoria: Esta presente cuando un cuerpo esta posicionado a una determinada altura ”h” y que cae debido a la atracción gravitatoria de la tierra.

(10)

FUERZA CONSERVATIVA

- Fuerza cuyo trabajo (W) realizado entre dos puntos es independiente de la trayectoria.

- No hay roce

- Principio de conservación de energía mecánica

• La energía mecánica de un sistema permanece constante cuando las fuerzas que actúan sobre el sistema son conservativas

(11)

E je mplo d e mostr ativo

1 2 V1 : 0 m/s h1 = H m H V2 : V m/s h1 = 0 m Ep Máxima y Ec Mínima Ec Máxima y Ep Mínima V1 : 0 m/s h1 = H

(12)

1 2 V1 : 0 m/s h1 = H m H V2 : V m/s h1 = 0 m Ep Máxima y Ec Mínima Ec Máxima y Ep Mínima

RECORDEMOS

V1 : 0 m/s h1 = H

Em = Ep + Ec

La Energía mecánica se

mantiene si no hay roce

(13)

I n f e r e n c i a s

:

En 1, al no haber velocidad no hay

Energía cinética

Em = Ep 1 + Ec1 → Em = Ep1 = mgH

En 2 no hay altura entonces la

energía potencial es 0

(14)

C o n c l u s i o n e s :

-

Al no haber roce, hay

conservación de la Energía

-

Si hay conservación de la Energía, Entonces la energía mecánica en 1 es igual a la Energía mecánica en 2

Em1 = Em2 Ep1 = Ec2 mgH = ½ m v^2 mgH = ½ m v^2 gH = ½ V^2 2gH = V^2 V = √(2gH) H = ½ V2_/g

(15)

(16)

Calor y

(17)

TE MPE R ATUR A

La temperatura de un cuerpo o sustancia corresponde al grado de movimiento que presentan sus partículas

→ Si hay más movimiento la temperatura será mayor

→ Si hay menor movimiento la temperatura es menor

Ocurre cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto

→ Cuerpo de mayor t° se enfría y el de menor t° se calienta → Hasta alcanzar una misma temperatura o equilibrio térmico

(18)

E S C A L A S T E R M O M É T R I C A S

● Escala Celsius

→ Los 0°C corresponden a la tempera del hielo en estado de fusión → Los 100° corresponden al agua en ebullición

● _{Escala Kelvin}

→ Utilizada de forma universal, en el ámbito científico → También conocida como escala absoluta

→ Surge luego de la conclusión de que los cuerpos no pueden alcanzar una temperatura inferior a los -273 °C (cero absoluto)

→ °K = °C + 273

* Construcción de escala

(19)

D ILATACIÓN

-

Los cuerpos cambian sus dimensiones frente a variaciones de temperatura → Dilatación cuando aumenta su t°

DILATACIÓN LINEAL

-

Frente a un aumento en la t°, todas sus dimensiones se ven aumentadas en forma lineal

-

Depende de la longitud inicial, de la variación de t° y del coeficiente de

dilatación lineal del material. (α)

DILATACIÓN SUPERFICIAL

-

Frente a un aumento en

la t°, el área del objeto se ve aumentada

-

Depende de la longitud inicial, de la variación de t° y del coeficiente de dilatación superficial del material. (2*α)

DILATACIÓN SUPERFICIAL

-

Frente a un aumento en la t,° el volumen del objeto se ve aumentada

-

Depende de la longitud inicial, de la variación de t° y del coeficiente de dilatación volumétrica del material. (3*α)

(20)

D I L A T A C I Ó N D E L A G U A

→ T° de 0 a 4 °C su volumen disminuye → Mayor a 4°C se dilata de forma normal

Vol

T° [°C]

4°C

(21)

CALOR

ENERGÍA en tránsito

→

Desde objeto de mayor t° al de menor t°

CALOR

T° SOL > T° LUNA

UNIDAD DE MEDIDA

Joule

(22)

CONCEPTOS IMPORTANTES

●

Caloría (cal): Cantidad de energía necesaria para que la temperatura de agua destilada se eleve en 1°C

●

Capacidad calorífica/térmica (C): Relación entre cuánto calor le agrego a un cuerpo y cuánto aumenta su t°

●

Calor específico (c) : Cantidad de calor que debo agregarle a un gramo de masa para que su t° aumente en 1°C

(23)

C A M B I O S D E F A S E

-

El aumento de calor en un cuerpo genera cambios en el movimiento de las partículas que lo componen

→ Este cambio en el movimiento de partículas genera diferentes fases

CALOR LATENTE DE FUSIÓN (Lf)

- Calor por unidad de masa

que se necesita para que

la sustancia pase de ser

sólida a líquida

-

Q = m x Lf

CALOR DE VAPORIZACIÓN (Lv)

- Calor por unidad de masa

que se necesita para que

la sustancia pase de ser

líquida a gaseosa

(24)

C A S O D E L A G U A

HIEL

O

AGUA Y

HIELO

AGUA

AGUA Y VAPOR

VAPOR

0

100 T° [°C]

Q (cal)

(25)

SÓLIDO

_LÍQUIDO

_GASEOSO

FUSIÓN

VAPORIZACIÓN

S U B L I M A C I Ó N

(26)

T R A N S M I S I Ó N D E C A L O R

CONDUCCIÓN:

-

Ejemplo barra metálica: Se pone un extremo de la barra en una llama, luego de un tiempo se comienza a calentar también el otro extremo.

→ Conducción de calor a lo largo de la barra

-

En general los sólidos son buenos conductores de calor y gases y líquidos son aislantes CONVECCIÓN:

-

Ejemplo olla: Cuando la ponemos a calentar el agua en la base de la olla se calienta primero, esto hace que su densidad disminuye por el aumento de t°

→ El agua más “caliente” sube a la superficie y es reemplazada por agua más fría y más densa

-

Por convección toda la masa de agua es calentada

-

Calor transmitida por gases y liquidos es mediante convección RADIACIÓN

-

Ejemplo sol: El sol está muy lejos de nosotros pero de igual forma nos llega su energía en forma de calor

→ Calor transmitido por ondas electromagnéticas

-

Comparado con la convección y conducción, el nivel de calor transmitido por radiación es muy poco

(27)

E j e r c i c i o

Una pelota de masa 3 kg es dejada caer desde 10 m de altura, a partir de lo aprendido en esta clase,

aproximando g = 10 m/s^2 y obviando el roce del aire, calcule:

a)

La Ec y Ep al instante 1

b)

La Em en 1 y en 2

c)

La Ec y Ep al instante 2 (un instante antes de que la pelota toque el suelo

d)

la velocidad en el instante 2

10 m

1