ESO Ciències de la naturalesa edu365.cat


 
Exercicis i problemes 2n cicle Treball i energia   ?
 
 
Treball

El treball W fet per una força que actua sobre un cos és igual al producte de la força F pel desplaçament del cos x i pel cosinus de l'angle que forma la direcció de la força amb la direcció del desplaçament.

W = F · x · cos

La unitat de treball en el Sistema Internacional és el joule (J).



Potència

Un mateix treball es pot efectuar de manera ràpida o a poc a poc. Per tal d'avaluar la rapidesa amb la que es realitza un treball es defineix la potència P.



La unitat de Potència en el Sistema Internacional és el watt (W):          1 W = 1 J / 1 s

Hi ha altres unitats de potència com el cavall de vapor (CV) i el quilowatt:     1CV = 735 W       1kW = 1.000 W

El quilowatt·hora (kWh) és una unitat de treball:       1 kWh = 1.000 W · 3.600 s = 3.600.000 J = 3,6 · 106 J



Energia

L'energia d'un cos es pot definir com la capacitat de realitzar un treball.
La unitat d'energia en el Sistema Internacional és el joule (J).
L'energia es pot classificar de moltes maneres, però en aquesta col·lecció únicament es tracten les dues formes de l'energia mecànica, l'energia cinètica i l'energia potencial gravitatòria.

L'energia cinètica és l'energia que té un cos a causa del seu moviment. Sempre que un cos tingui velocitat tindrà energia cinètica.

Ec = 1/2 m v 2

Cal tenir en compte que el treball total realitzat per les forces que actuen sobre un cos produeix un increment de la seva energia cinètica. Aquest treball serà igual a l'energia cinètica final del cos menys l'energia cinètica inicial:

Wtotal = Ec - Eco

L'energia potencial gravitatòria d'un cos és l'energia que té a causa de la seva posició en el camp garvitatòri de la Terra. L'energia potencial d'un cos de massa m situat a una altura h es pot calcular mitjançant la fórmula:

Ep = m · g · h      on g és el valor de l'acceleració de la gravetat a la superfície de la Terra i val 9,8 m/s²

La suma d'aquestes dues energies és l'energia mecànica d'un cos.

Em = Ec + Ep

Principi de conservació de l'energia mecànica

Si no es tenen en compte les forces de fricció, l'energia mecànica es conserva; això vol dir que sempre val el mateix, és a dir, el seu valor es manté constant.

Imagina un cos situat a una certa altura, que està aturat i té una energia mecànica val 100 J.
Aquests 100 J són en forma d'energia potencial, ja que la cinètica, al no tenir velocitat, és nul.la. Si ara es deixa caure, va perdent alçada i, per tant, perd energia potencial; al mateix temps, durant la caiguda, el cos va guanyant velocitat,la qual cosa vol dir que guanya energia cinètica, de manera que la suma d'aquestes dues energies continua valent 100 J.
En el moment què el cos arriba a terra, l'alçada, és zero i, en conseqüència, l'energia potencial és nul·la i tota l'energia que té el cos és cinètica què en aquesta posició val 100 J.

Si es té en compte la força de fricció amb l'aire, hi haurà una pèrdua d'energia.
Imagina que en el cas de l'exemple anterior, durant la caiguda, a causa de la fricció amb l'aire es perden 20 J d'energia. En arribar a terra, el cos tindrà únicament 80 J (100J - 20 J) en forma d'energia cinètica.

Exemple

Una pedra de 6 kg es deixa caure sobre el mar des d'una altura de 5m. Si no hi ha fricció amb l'aire, completa la taula arrossegant els valors d'energia cinètica, energia potencial i energia mecànica en joule (J) que corresponen a cada posició.



Enunciats   Autoavaluació
Autors: Joan Aragonés i Jordi Carvajal