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Trabajo, energía y potencia: guía de estudio

Ideas clave

Los métodos de energía evitan seguir las fuerzas instante a instante. El trabajo de la fuerza neta es igual a la variación de la energía cinética, y cuando solo actúan fuerzas conservativas, la energía mecánica total se mantiene constante.

  • El trabajo es W = Fd cos θ, donde θ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento. Una fuerza perpendicular al movimiento no realiza trabajo.
  • La energía cinética es ½mv², la energía potencial gravitatoria cerca de la Tierra es mgh y un resorte almacena ½kx².
  • La potencia es el ritmo al que se realiza trabajo: P = W ÷ t, o P = Fv para una fuerza en la dirección de la velocidad.
  • El rozamiento y otras fuerzas no conservativas sacan energía mecánica del sistema en forma de calor, así que incluye su trabajo en el balance.

Ecuaciones clave

  • W = Fd cos θ
  • KE = ½mv²
  • PE = mgh
  • PE = ½kx²
  • P = W ÷ t = Fv
  • W_net = ΔKE

Ejemplo resuelto

Se suelta una bola de 2,0 kg desde 5,0 m (g = 9,8 m/s²). La energía potencial perdida es mgh = 2,0 × 9,8 × 5,0 = 98 J, y se convierte en energía cinética. Igualando ½mv² = 98 J se obtiene v = √(2 × 98 ÷ 2,0) = 9,9 m/s. La masa se cancela, así que v = √(2gh) para cualquier bola.

Errores comunes

  • Usar toda la fuerza en W = Fd cuando la fuerza forma un ángulo con el desplazamiento.
  • Olvidar que la energía cinética depende del cuadrado de la rapidez: duplicar la rapidez cuadruplica la energía.
  • Confundir la energía, que se mide en julios, con la potencia, que se mide en vatios.

Práctica

Ponte a prueba con preguntas de práctica sobre este tema: Trabajo, energía y potencia

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