Mapa mental: Movimiento 1D con fuerzas constantes: trabajo y energía

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Mapa mental: Movimiento 1D con fuerzas constantes: trabajo y energía · Formatom

Movimiento 1D con fuerzas constantes: trabajo y energía

Contenido del mapa

Movimiento 1D con fuerzas constantes — Empuje parejo en línea recta que cambia la velocidad. Trabajo y energía lo explican.
- Línea recta y fuerza pareja — Solo eje x y fuerza que no cambia en valor ni sentido.
  - Desplazamiento Δx — Cuánto y hacia dónde se movió. Positivo si avanza, negativo si retrocede.
  - Fuerza constante — No cambia mientras dura el movimiento. Ejemplos: peso, empujón parejo, fricción.
  - Ejemplo carrito — Empujar siempre igual un carrito en un pasillo recto.
- Trabajo en 1D — La fuerza entrega o quita energía al desplazar. Se mide en joules.
  - Fórmula W = Fx por Δx — Parte de la fuerza a lo largo del movimiento por desplazamiento.
  - Trabajo positivo — Fuerza a favor: da energía. Empujón W = F por d, caída W = m por g por h.
  - Trabajo negativo — Fuerza en contra: quita energía. Fricción siempre opuesta: W = -fk por d.
  - Trabajo neto — Suma de todos los trabajos: Wneto = W1 + W2 + W3...
- Energía cinética y teorema — El trabajo neto se vuelve cambio de velocidad.
  - Fórmula K = 1/2 m v² — Energía por estar moviéndose. Doble rapidez es cuádruple energía.
  - Teorema Wneto = ΔK — Regla de oro: trabajo neto igual a Kfinal menos Kinicial. No necesitas tiempo.
  - Es un MRUV fácil — Fuerza neta constante da aceleración constante, pero con energía es más rápido.
- Energía potencial y mecánica — Energía guardada por la posición más energía de movimiento.
  - Potencial Ug = m g h — Energía guardada por la altura h medida desde un cero elegido.
  - Conservativa y no conservativa — El peso devuelve energía. La fricción la pierde como calor.
  - Mecánica Em = K + Ug — Suma de energía de movimiento más energía de posición.
- Conservación y resolución — Comparar inicio y final para hallar velocidad o altura.
  - Sin fricción se conserva — Si no hay robo de energía: Em inicial = Em final.
  - Con fricción se pierde — Em inicial + W no-conservativo = Em final. Suele ser negativo.
  - Pasos para resolver — Calcula trabajos, suma Wneto, iguala a cambio de energía y despeja la incógnita.

Si empujas algo en línea recta y siempre con la misma fuerza, puedes predecir lo que pasará sin medir el tiempo. Todo ese esfuerzo se convierte en más o menos velocidad. Esa relación entre fuerza, desplazamiento y velocidad es el trabajo y la energía.

El movimiento es unidimensional porque ocurre sobre una sola línea, el eje x. Solo importa si avanza en sentido positivo o retrocede en sentido negativo, con el desplazamiento Δx. La fuerza es constante porque no cambia su valor, dirección ni sentido mientras dura el movimiento. Ejemplos típicos son el peso, un empujón parejo y la fricción cinética.

El trabajo de una fuerza constante en 1D es W = Fx por Δx y se mide en joules (J). Si fuerza y desplazamiento van en el mismo sentido, el trabajo es positivo y la fuerza entrega energía. Si van en sentidos opuestos, es negativo y la fuerza quita energía. Cada fuerza hace su propio trabajo y el trabajo neto es la suma de todos: Wneto = W1 + W2 + W3...

Ese trabajo neto se convierte en energía cinética, la energía por moverse: K = 1/2 por m por v al cuadrado. La regla de oro es el teorema del trabajo y la energía: Wneto = Kfinal - Kinicial. Como la fuerza neta es constante, la aceleración también es constante y el movimiento es MRUV, pero con energía se resuelve más rápido comparando inicio y final.

Si la fuerza puede devolver la energía es conservativa, como el peso. Su energía guardada por la posición es la potencial gravitatoria Ug = m por g por h. La energía mecánica es Em = K + Ug. Sin fricción se conserva: Em inicial = Em final. Con fricción no, porque se pierde como calor: Em inicial + W no-conservativo = Em final, donde ese trabajo suele ser W = -fk por d.