Energizando el Movimiento: Trabajo, Energía y Potencia
El trabajo, la energía y la potencia exploran los conceptos de trabajo, las diferentes formas de energía como la cinética y la potencial, y la potencia como la tasa de transferencia de energía, proporcionando información sobre cómo la energía impulsa los procesos físicos. El trabajo cuantifica la transferencia de energía a través de la fuerza y el desplazamiento, la energía existe como cinética (movimiento) o potencial (almacenada), y la potencia mide qué tan rápido se realiza el trabajo, esencial para comprender los sistemas desde péndulos oscilantes hasta motores en funcionamiento.
Panorama del Trabajo, Energía y Potencia
El trabajo, la energía y la potencia están definidos por sus principios y relaciones clave. Aquí está el desglose:
- Trabajo: La transferencia de energía cuando una fuerza causa un desplazamiento, calculado como fuerza por distancia.
- Energía Cinética: La energía de un objeto debido a su movimiento, dependiente de la masa y la velocidad.
- Energía Potencial: Energía almacenada basada en la posición o estado de un objeto, como la energía gravitatoria o elástica.
- Potencia: La tasa a la que se realiza el trabajo o se transfiere la energía, medida en vatios.
Ejemplos de Trabajo, Energía y Potencia
Ejemplos de Trabajo
- Empujar una caja de 10 N 5 m hace 50 J de trabajo (W = F × d).
- Levantar un libro de 2 kg 1 m contra la gravedad (10 N) hace 20 J de trabajo.
- Tirar de un trineo con 30 N sobre 4 m realiza 120 J de trabajo.
Ejemplos de Energía Cinética
- Una bola de 2 kg que se mueve a 5 m/s tiene 25 J de energía cinética (KE = ½mv²).
- Un coche de 1000 kg a 20 m/s tiene 200,000 J de energía cinética.
- Un pájaro de 0.5 kg que vuela a 10 m/s tiene 25 J de energía cinética.
Ejemplos de Energía Potencial
- Un libro de 2 kg 3 m sobre el suelo tiene 60 J de energía potencial gravitatoria (PE = mgh, g = 10 m/s²).
- Una roca de 1 kg a 5 m de altura tiene 50 J de energía potencial.
- Un resorte con k = 200 N/m y x = 0.1 m tiene 1 J de energía potencial elástica (PE = ½kx²).
Ejemplos de Potencia
- Levantar 50 J de trabajo en 5 s genera 10 W de potencia (P = W/t).
- Un motor que realiza 200 J de trabajo en 4 s produce 50 W de potencia.
- Correr por las escaleras con 300 J de trabajo en 3 s produce 100 W de potencia.