Principio de traballo-enerxía mecánica
O teorema do traballo-enerxía cinética afirma que o traballo neto ou o traballo realizado pola forza neta é igual á variación da enerxía cinética.
W neto = TO t – TO o = 1⁄2 m( v t² – v o² )
W neto = Hai dous tipos de forzas, concretamente as forzas conservativas e as forzas non conservativas. Polo tanto, o traballo neto pódese considerar que está composto polo traballo realizado por unha forza conservativa e o traballo realizado por unha forza non conservativa.
W c + W nc = ΔKE
O traballo realizado por unha forza conservativa é igual á variación negativa da enerxía potencial:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
A ecuación anterior afirma que o traballo realizado por unha forza non conservativa sobre un obxecto é igual á variación da enerxía mecánica do obxecto. Enerxía mecánica = enerxía potencial + enerxía cinética. A enerxía potencial pode adoptar a forma de enerxía potencial gravitatoria ou enerxía potencial elástica.
Exemplo de pregunta: O teorema da enerxía mecánica-traballo
Unha caixa de 2 kg móvese inicialmente a unha velocidade de 10 m/s. Pouco despois, a caixa detense. O coeficiente de rozamento cinético entre a caixa e o chan é de 0.2. A aceleración gravitacional é de 10 m/s² . Canto é o desprazamento da caixa?
Conversa:
Identificado: m = 2 kg, v o = 10 m/s, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 kg)(10 m/s² ) = 10 kg m/s² = 10 Newtons,
Preguntouse: a cantidade de desprazamento da caixa (s)
O teorema da enerxía mecánica-traballo:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
A altura (h) permanece constante ou non hai cambio na altura, polo que non hai cambio na enerxía potencial gravitatoria.
Wnc = ΔKE
O traballo realizado pola forza de rozamento cinética é:
W nc = – f k s = μ k N -s = μ k w -s = μ k mg -s
W nc = – (0.2)(2)(10)(s) = – (4)(s)
A forza de fricción cinética realiza un traballo negativo (a forza de fricción cinética é na dirección oposta ao desprazamento do obxecto)
Cambio na enerxía cinética:
ΔKE = 1⁄2 m (v t² – v o² ) = 1⁄2 (2)(0² – 10² ) = (0 – 100) = – 100
Desprazamento do obxecto:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 metros
20 preguntas e respostas conceptuais sobre o principio de traballo-enerxía mecánica:
1. Pregunta: Que é o principio de traballo-enerxía mecánica? Resposta: O principio de traballo-enerxía mecánica afirma que o traballo realizado sobre un obxecto é igual á variación da súa enerxía mecánica.
2. Pregunta: Como se define o traballo en física? Resposta: O traballo defínese como o produto da forza aplicada a un obxecto e a distancia que percorre na dirección da forza.
3. Pregunta: Que constitúe a enerxía mecánica? Resposta: A enerxía mecánica consiste na enerxía cinética e na enerxía potencial dun obxecto.
4. Pregunta: En ausencia de forzas non conservativas, que se pode dicir sobre a enerxía mecánica total dun sistema pechado? Resposta: A enerxía mecánica total permanece constante.
5. Pregunta: Dá un exemplo de forza conservativa. Resposta: A forza gravitatoria é un exemplo de forza conservativa.
6. Pregunta: En que se diferencia a enerxía potencial da enerxía cinética? Resposta: A enerxía potencial é a enerxía debida á posición, como a altura sobre o chan, mentres que a enerxía cinética se debe ao movemento.
7. Pregunta: Como se relaciona o traballo realizado por unha forza conservativa coa enerxía potencial? Resposta: O traballo realizado por unha forza conservativa é igual á variación negativa da enerxía potencial.
9. Pregunta: Como explica o principio da enerxía mecánica-traballo a conversión de enerxía potencial en enerxía cinética nun obxecto en caída libre? Resposta: A medida que un obxecto cae, a súa enerxía potencial diminúe e a súa enerxía cinética aumenta nunha cantidade equivalente, mantendo constante a enerxía mecánica total.
10. Pregunta: Que ocorre coa enerxía mecánica dun sistema cando actúan sobre el forzas non conservativas, como a fricción? Resposta: A enerxía mecánica diminúe porque as forzas non conservativas disipan enerxía, a miúdo en forma de calor.
11. Pregunta: Pode aumentar a enerxía mecánica dun sistema? Resposta: Si, cando se realiza traballo externo sobre o sistema.
12. Pregunta: Como se relaciona o concepto de traballo coa enerxía? Resposta: O traballo é o medio polo cal a enerxía se transfire ou transforma nun sistema.
13. Pregunta: Se un obxecto se move a unha velocidade constante, que se pode dicir do traballo neto realizado sobre el? Resposta: O traballo neto realizado sobre el é cero porque non se produce aceleración.
15. Pregunta: Por que un resorte comprimido ten enerxía potencial? Resposta: Cando se comprime un resorte, realízase un traballo sobre el, que se almacena como enerxía potencial. Esta enerxía pode liberarse cando se solta o resorte.
16. Pregunta: Que é o teorema do traballo-enerxía? Resposta: O teorema do traballo-enerxía afirma que o traballo realizado sobre un obxecto é igual ao cambio na súa enerxía cinética.
17. Pregunta: Como se relaciona a potencia co traballo? Resposta: A potencia é a velocidade á que se realiza o traballo ou se transfire a enerxía. Calcúlase como , onde é o traballo e é o tempo.
18. Pregunta: Pode o traballo ter un valor negativo? Resposta: Si, o traballo é negativo cando a forza e a dirección do movemento son opostas.
19. Pregunta: Se o ángulo entre a forza e a dirección do movemento é de 90 graos, cal é o traballo realizado? Resposta: O traballo realizado é cero porque a forza non ten compoñente na dirección do movemento.
20. Pregunta: Como facilita o traballo unha máquina simple, como unha panca? Resposta: Unha panca non cambia o traballo total realizado, pero cambia a forma en que se aplica a forza, facendo que a tarefa sexa máis manexable ou eficiente.
O concepto de traballo e o principio da enerxía mecánica son fundamentais en física e proporcionan unha comprensión fundamental de como se transfire e transforma a enerxía en varios sistemas.
