Trabajo, Potencia y Energía: Fundamentos Esenciales en Física

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1.1. Define los términos e indica unidades (SI):

• a) Trabajo: Transferencia de energía mediante la aplicación de una fuerza a lo largo de un desplazamiento.

  • Unidad: Joule (J).

• b) Potencia: La rapidez con la que se realiza un trabajo (energía por unidad de tiempo).

  • Unidad: Watt (W).

• c) Energía: Capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo.

  • Unidad: Joule (J).

1.2. Determine el valor de la fuerza:

• Fórmula: F = m · a

• Cálculo: 15.00 kg x 5.00 m/s²

• Respuesta: 75 N

1.3. Trabajo en la rampa (fuerza horizontal):

• Nota: La fuerza es horizontal, pero el movimiento es a 30°. El ángulo entre la fuerza y el desplazamiento es 30°.

• Fórmula: W = F · d · cos(Θ)

• Cálculo: 75 N x 10 m x cos(30°)

• Operación: 750 x 0.866

• Respuesta: 649.5 J

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1.4. ¿Cuál fue la potencia efectuada?

• Datos: W = 649.5 J (del ejercicio anterior), t = 2 min = 120 s.

• Fórmula: P = W / t

• Cálculo: 649.5 / 120

• Respuesta: 5.41 W

1.5. Variación de la energía cinética (en kJ):

• • Datos: m = 4 kg, Vf = 43.2 km/h.

  • Conversión: 43.2/3.6 = 12 m/s

  • Fórmula: ΔEc = 1/2 mv²

  • Cálculo: 0.5 x 4 x (12)² = 2 x 144 = 288 J

  • Conversión a kJ: 288 / 1000

  • Respuesta: 0.288 kJ

2.1. Variables de potencia y velocidad en m/s:

• Variables: Trabajo y Tiempo (o Fuerza y Velocidad).

• Conversión: 100 km/h / 3.6

• Respuesta: 27.78 m/s

2.2. Determinar el trabajo (Teorema Trabajo-Energía):

• Datos: m = 1000 kg, v = 27.78 m/s

• Fórmula: W = ΔEc = 1/2 mv²

• Cálculo: 0.5 x 1000 x (27.78)²

• Cálculo: 500 x 771.7

• Respuesta: 385,850 J (aprox 385.9 kJ)

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2.3. Calcular potencia con los criterios definidos:

• Datos: W = 385,850 J, tiempo = 8 s

• Fórmula: P = W / t

• Cálculo: 385,850 / 8

• Respuesta: 48,231 W (o 48.23 kW)

3. Completar afirmación (Leyes Electrostáticas):

• "...cuerpos con cargas del mismo signo se repelen..."

• "...y los cuerpos con cargas de signo opuesto (o contrario) se atraen."

• "...fuerza eléctrica... directamente proporcional al producto de las cargas..."

• "...inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de acuerdo a la Ley de Coulomb."

4. Ley de Coulomb (Fuerza de atracción):

• Datos: q1 = 3 x 10^-6, q2 = 8 x 10^-6, d = 200 cm = 2 m

• 

• Respuesta: 0.054 N

5. Esfera metálica +30 C:

• 

• Respuesta: NO es suficiente. La cantidad de electrones aportada tiene una carga diminuta comparada

• con la carga positiva masiva de la esfera (+30 C). La esfera sigue cargada positivamente.

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6. Explicación de pérdida de electrones (Objetos):

• • Objetos a elegir: Barra de vidrio y Franela (o paño).

  • Procedimiento: Frotar enérgicamente la barra de vidrio con la franela (electrización por frotamiento).

  • Explicación: Debido a la diferencia de afinidad electrónica, los electrones saltan de un material al otro.

    • El vidrio pierde electrones y se carga positivo (+).

    • La franela gana esos electrones y se carga negativo (-).

  • Justificación de atracción: Al tener cargas de signos opuestos (+ y -), se genera una fuerza electrostática de atracción entre la barra y la franela.