Trabajo Mecánico, Energía, Potencia y Principios de la Dinámica: Conceptos Clave
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Trabajo Mecánico, Energía y Potencia
El trabajo mecánico es la transferencia de energía que se produce cuando una fuerza, actuando sobre un cuerpo, produce un desplazamiento.
La energía que tiene un cuerpo es la capacidad para realizar un trabajo.
El trabajo mecánico se calcula mediante el producto escalar de la fuerza por el desplazamiento:
W = F ⋅ Δr = |F| ⋅ |Δr| ⋅ cos(α)
Donde:
- W es el trabajo.
- F es el vector fuerza.
- Δr es el vector desplazamiento.
- α es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.
En algunos casos, como cuando la fuerza es igual al peso (F=P), se puede simplificar.
El trabajo de la fuerza de rozamiento es una fuerza disipativa, pero no siempre se transforma en calor.
El trabajo puede ser positivo, negativo o cero:
- Positivo (+): Si el trabajo aumenta la energía del sistema.
- Cero (0): Si la energía del sistema se mantiene constante.
- Negativo (-): Si el trabajo disminuye la energía del sistema.
La potencia mecánica es la rapidez con la que se realiza un trabajo.
El vatio (W) es la potencia desarrollada por un cuerpo cuando realiza un trabajo de 1 julio (J) en 1 segundo (s). Se utilizan como múltiplos el kilovatio (kW), que equivale a 103 W, y el megavatio (MW), que equivale a 106 W. El caballo de vapor (CV) es otra unidad, donde 1 CV = 735 W.
El kW-h (kilovatio-hora) es la energía consumida cuando una máquina desarrolla una potencia de 1 kW durante 1 hora.
Principios de la Dinámica
Primer Principio de la Dinámica o Principio de Inercia
Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme mientras no actúe ninguna fuerza sobre él, o la resultante de todas las fuerzas que actúan sea cero. Si se experimenta una aceleración, las partes móviles del sistema la experimentan con el mismo módulo y dirección, pero en sentido contrario, llamada aceleración de inercia.
Segundo Principio de la Dinámica o Principio Fundamental
Si sobre un cuerpo actúa una fuerza, esta le comunica una aceleración que es directamente proporcional a la fuerza aplicada. La constante de proporcionalidad se llama masa inerte.
El impulso mecánico es igual a la variación de la cantidad de movimiento en el tiempo.
Tercer Principio de la Dinámica o Principio de Acción-Reacción
Si un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B (acción), el cuerpo B ejerce otra fuerza sobre el cuerpo A del mismo módulo, dirección y sentido contrario (reacción). Estas fuerzas no se anulan porque se aplican en cuerpos diferentes.
Principio de Conservación de la Cantidad de Movimiento
En un sistema material (más de un cuerpo), en ausencia de fuerzas exteriores, la cantidad de movimiento permanece constante. La cantidad de movimiento antes de producirse el suceso es igual a la cantidad de movimiento después.