Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

Grado 11 → Mecánica → Trabajo, Energía y Potencia ↓


Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas


Cuando estudias el trabajo realizado por fuerzas en física, es esencial comprender la diferencia entre fuerzas conservativas y no conservativas. En términos generales, el trabajo realizado puede definirse como un efecto que provoca que un objeto se mueva o cambie su posición bajo la influencia de una fuerza. En esta lección, exploraremos estos conceptos en profundidad, explicaremos qué distingue a las fuerzas conservativas de las no conservativas y consideraremos cómo cada tipo contribuye al trabajo.

Comprendiendo el trabajo

En física, se realiza trabajo cuando se aplica una fuerza a un objeto y el objeto se mueve en la dirección de la fuerza. Se expresa mediante la fórmula:

W = F × d × cos(θ)

Donde:

  • W es el trabajo realizado por la fuerza.
  • F es la magnitud de la fuerza.
  • d es el desplazamiento del objeto.
  • θ es el ángulo entre la fuerza y la dirección del desplazamiento.

El trabajo se mide en julios (J), la fuerza en newtons (N) y la distancia en metros (m). El concepto de trabajo es importante para comprender la transferencia de energía dentro de un sistema.

Fuerzas conservativas

Una fuerza conservativa es un tipo de fuerza en la que el trabajo realizado al mover un objeto entre dos puntos es independiente del camino tomado por él. El trabajo realizado depende solo de la posición inicial y final del objeto. Ejemplos destacados de fuerzas conservativas incluyen la fuerza gravitacional y la fuerza elástica del resorte.

Ejemplo de fuerza gravitacional

Suponga que un objeto de masa m se eleva a una altura h desde el suelo. El trabajo realizado por la fuerza gravitacional al bajar el objeto es el mismo independientemente del camino que tome. Depende solo de la diferencia de altura.

A B H

En tales casos, el trabajo realizado, W_g, está dado por:

W_g = m × g × h

Aquí, g representa la aceleración debido a la gravedad. Tenga en cuenta que el trabajo realizado por la gravedad depende solo de la distancia vertical h.

Ejemplo de fuerza elástica (Ley de Hooke)

Considere un resorte siendo comprimido o estirado. La fuerza ejercida por el resorte (que es conservativa) obedece la ley de Hooke:

F_s = -k × x

Donde:

  • F_s es la fuerza del resorte.
  • k es la constante del resorte (N/m).
  • x es el desplazamiento desde la posición de equilibrio.

Cuando el resorte se estira o comprime desde un desplazamiento inicial x_1 hasta un desplazamiento final x_2 el trabajo realizado por esta fuerza está dado por:

W_s = 1/2 k (x_2^2 - x_1^2)

Dado que este tipo de trabajo depende solo de las condiciones iniciales y finales, está claro que la fuerza del resorte es una fuerza conservativa.

Fuerzas no conservativas

Ahora, echemos un vistazo a las fuerzas no conservativas. Las fuerzas no conservativas son aquellas donde el trabajo realizado depende del camino tomado. Esto significa que mover un objeto de un punto a otro puede requerir diferentes cantidades de trabajo dependiendo de cómo se mueva el objeto. La fricción y la resistencia del aire son buenos ejemplos de fuerzas no conservativas.

Ejemplo de fuerza de fricción

La fricción es una fuerza no conservativa general. Considere un bloque deslizándose sobre una superficie plana. El trabajo realizado contra la fricción depende del camino tomado por el bloque.

Camino 1 Camino 2

El trabajo realizado por la fricción se calcula de la siguiente manera:

W_f = -f × d

Donde:

  • W_f es el trabajo realizado por la fricción.
  • f es la fuerza de fricción.
  • d es la distancia sobre la cual actúa la fuerza.

Dado que la fricción se opone al movimiento, su trabajo es a menudo negativo. Cuanto más largo sea el camino, más trabajo se realiza contra la fricción.

Implicaciones de las fuerzas no conservativas

A diferencia de las fuerzas conservativas, las fuerzas no conservativas, como la fricción, convierten la energía mecánica en otras formas, como la energía térmica, que no puede recuperarse como energía mecánica en ese sistema. Esta es la razón por la cual la energía a menudo se "pierde" en sistemas con fuerzas no conservativas. Sin embargo, la energía se conserva en todo el universo debido al principio de conservación de la energía.

Energía mecánica total y conservación

En cualquier sistema mecánico con solo fuerzas conservativas, la energía mecánica total se conserva. La energía mecánica total es la suma de la energía potencial y la energía cinética, expresada como:

E_total = K + U

Donde:

  • E_total es la energía mecánica total.
  • K es la energía cinética del objeto.
  • U es la energía potencial del objeto.

Ejemplos de conservación de energía incluyen un péndulo oscilando en ausencia de resistencia del aire o fricción. A medida que el péndulo oscila, su energía se convierte entre formas cinéticas y potenciales, pero la energía mecánica total permanece constante.

Ejemplos de la vida real y aplicaciones

La diferencia entre fuerzas conservativas y no conservativas tiene implicaciones prácticas en ingeniería, investigación física y comprensión de fenómenos naturales.

Montaña rusa

Los parques de atracciones operan sobre estos conceptos. A medida que la montaña rusa sube, la energía potencial aumenta; al caer, la energía potencial se convierte en energía cinética. La fricción juega un papel en el control del movimiento, ejemplificando los efectos de las fuerzas no conservativas.

Automóvil

En los automóviles, los frenos aplican una fuerza no conservativa para detener el vehículo. El motor de un coche también trabaja para superar la fricción y la resistencia, que es otro ejemplo de una fuerza no conservativa. La eficiencia de un motor de automóvil a menudo se mejora reduciendo estas pérdidas.

Eventos astronómicos

Los astrónomos consideran las fuerzas gravitacionales al estudiar el movimiento de los planetas, lo que muestra que el trabajo depende solo de las posiciones relativas de los cuerpos celestes, por lo tanto, es conservativo.

Conclusión

En resumen, comprender la sutil diferencia entre fuerzas conservativas y no conservativas nos brinda una visión sobre cómo se conserva o transforma la energía en diferentes sistemas. A través de fuerzas conservativas, aprendemos que la energía puede intercambiarse completamente entre formas potenciales y cinéticas sin pérdida, mientras que las fuerzas no conservativas reflejan energía perdida en otras formas, como el calor. Este conocimiento se aplica básicamente en muchos campos de la ciencia y la tecnología para optimizar maquinaria, vehículos e incluso procesos naturales, ayudándonos a diseñar sistemas más eficientes y sostenibles.


Grado 11 → 1.3.8


U
username
0%
completado en Grado 11

← Anterior (1.3.7)
Eficiencia de las máquinas
Siguiente (1.4) →
Movimiento rotacional

Comentarios 



Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas

https://www.physicsflow.com/g11/1.3.8?pfal=es