UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA
Calidad, Pertinencia y Calidez
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y DE LA SALUD
CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA
FÍSICO QUÍMICA
TEMA:
Descripción detallada de las capacidades caloríficas.
Estudiante:
Jerovy André Yaguana Tinoco
Docente:
Ing. Gary Hitler Muñox
Nivel/Sección:
4to Semestre “A”
Período:
2024 – D1
Machala- El Oro- Ecuador
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 4
OBJETIVOS ......................................................................................................... 5
Objetivo General: ............................................................................................. 5
Objetivos Específicos: ...................................................................................... 5
MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 6
Definición ......................................................................................................... 6
Fuerza gravitacional ......................................................................................... 6
Características de la Fuerza Gravitacional ....................................................... 7
Atracción Mutua ........................................................................................... 7
Acción a Distancia ........................................................................................ 7
Simetría......................................................................................................... 7
Dependencia de la Distancia: ....................................................................... 7
Trabajo en un Campo de Fuerza Constante ...................................................... 7
Trabajo .............................................................................................................. 7
Trabajo en el Campo Gravitacional Terrestre .............................................. 8
Relación entre trabajo y energía potencial ................................................... 8
Energía Potencial .............................................................................................. 8
Conservación de la energía en sistemas gravitacionales .............................. 9
Energía Potencial Gravitacional ....................................................................... 9
Energía Cinética ............................................................................................... 9
Conservación de la Energía ........................................................................ 10
CONCLUSIÓN .................................................................................................. 10
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................ 11
INTRODUCCIÓN
La mecánica proporciona las bases para comprender fenómenos naturales y sus
interacciones fundamentales, especialmente en el contexto de la fuerza gravitacional y
su relación con el trabajo y la energía. La deducción del trabajo gravitacional a partir de
los principios del trabajo en mecánica clásica, junto con el concepto de energía
potencial, permite entender cómo las fuerzas actúan sobre los objetos y cómo se
transfiere la energía dentro de un sistema.
La fuerza gravitacional, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la
naturaleza, es responsable de la atracción mutua entre masas y juega un papel crucial en
una variedad de fenómenos, desde la caída de objetos hasta el movimiento planetario.
Este estudio aborda la relación entre trabajo, energía potencial y la conservación de la
energía en sistemas gravitacionales, proporcionando una comprensión integral de cómo
estos conceptos interrelacionados describen el comportamiento de los objetos bajo la
influencia de la gravedad.
Se realizará una investigación bibliográfica para comprender de mejor manera
todas estes leyes que son fundamentos en nuestro estudio de como se obtiene la
ecuación de trabajo gravitacional a partir de trabajo en mecánica clásica.
OBJETIVOS
Objetivo General:
Describir la ley de la gravitación universal de Newton y entender cómo se aplica
para calcular la fuerza de atracción entre dos masas.
Objetivos Específicos:
•
Analizar las características de la fuerza gravitacional y su importancia en
la mecánica clásica
•
Aplicar el principio de conservación de la energía para analizar el
comportamiento de objetos en sistemas gravitacionales.
MARCO TEÓRICO
Definición
Se basa en aplicar la definición de trabajo a la fuerza gravitacional variable. A
través de la integral de línea y la ley de la gravitación universal de Newton, obtenemos
la expresión que describe el trabajo realizado en un campo gravitacional. Esta
deducción es fundamental para entender las interacciones gravitacionales y su energía
asociada en física clásica.
Fuerza gravitacional
Es una fuerza fundamental de la naturaleza que actúa entre dos cuerpos debido a
sus masas. Fue descrita por primera vez de manera cuantitativa por Sir Isaac Newton en
su Ley de la Gravitación Universal. Esta fuerza es responsable de la atracción mutua
que experimentan todos los objetos con masa en el universo.
La fuerza gravitacional entre dos masas m1m_1m1 y m2m_2m2, separadas por
una distancia rrr, está dada por la Ley de la Gravitación Universal de Newton. La
fórmula matemática que describe esta fuerza es:
𝐹⃗ = 𝐺 𝑚1 𝑚2 𝑟̂
𝑟2
Donde:
𝐹⃗ = es la magnitud de la fuerza gravitacional entre las dos masas.
𝐺 = es la constante de gravitación universal, cuyo valor es aproximadamente
6.67430 x 10-11 N m2 kg-2.
𝑚1 𝑚2 = on las masas de los dos cuerpos.
r= es la distancia entre los centros de masa de los dos cuerpos.
𝑟̂ = es el vector unitario que apunta desde una masa hacia la otra
Características de la Fuerza Gravitacional
Atracción Mutua
La fuerza gravitacional es siempre atractiva. Nunca es repulsiva. Cada cuerpo
experimenta una atracción hacia el otro cuerpo. (Cid, 2012)
Acción a Distancia
La fuerza gravitacional actúa a través del espacio sin necesidad de un medio
material. Esta característica significa que la fuerza se ejerce incluso en el vacío.
Simetría
La magnitud de la fuerza que m1m_1m1 ejerce sobre m2m_2m2 es igual a la
magnitud de la fuerza que m2m_2m2 ejerce sobre m1m_1m1. Esto es una consecuencia
de la tercera ley de Newton, que establece que para cada acción hay una reacción igual
y opuesta.
Dependencia de la Distancia:
La fuerza gravitacional disminuye con el cuadrado de la distancia entre los dos
cuerpos. Esto significa que si la distancia entre los cuerpos se duplica, la fuerza
gravitacional se reduce a un cuarto de su valor original.
Trabajo en un Campo de Fuerza Constante
Un campo de fuerza constante es un campo donde la magnitud y la dirección de
la fuerza son las mismas en todos los puntos del espacio. Un ejemplo común es el
campo gravitacional cerca de la superficie de la Tierra, donde la aceleración debido a la
gravedad (g) es aproximadamente constante. (Cossarini, 2012)
Trabajo
W el trabajo realizado por una fuerza constante 𝐹⃗ que actúa sobre un objeto que
se desplaza una distancia 𝑑⃗ se define como: (Trabajo y energía., 2020)
W = 𝐹⃗ x 𝑑⃗ = Fd cos (𝜃)
Donde:
W= es el trabajo realizado.
𝐹⃗ = es la fuerza constante.
𝑑⃗ = es el desplazamiento.
(𝜃) = es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.
F = es la magnitud de la fuerza.
d = es la magnitud del desplazamiento.
Trabajo en el Campo Gravitacional Terrestre
cerca de la superficie de la Tierra, la fuerza gravitacional sobre un objeto de
masa 𝑚
̅ es:
𝐹⃗ g = m 𝑔⃗
𝑔⃗ = es la aceleración debida a la gravedad, aproximadamente 9.81 m/s2 en la
superficie de la Tierra, y apunta hacia el centro de la Tierra. (Open Stax, 2019)
Relación entre trabajo y energía potencial
La relación entre el trabajo y la energía potencial es fundamental en la mecánica
clásica. Esta relación se basa en el principio de conservación de la energía y en cómo las
fuerzas conservativas, como la fuerza gravitacional, afectan la energía de un sistema.
Energía Potencial
La energía potencial (U) es la energía que un objeto posee debido a su posición
en un campo de fuerza. En el caso de la fuerza gravitacional, la energía potencial
gravitacional de un objeto de masa 𝑚
̅ a una altura ℎ̅ sobre la superficie de la Tierra
U=mxgxh
Donde:
U = es la energía potencial gravitacional.
m = es la masa del objeto.
g = es la aceleración debido a la gravedad
h = es la altura sobre la superficie de la Tierra.
Conservación de la energía en sistemas gravitacionales
La conservación de la energía es un principio fundamental en la física que
establece que la energía total de un sistema aislado permanece constante.
En sistemas gravitacionales, este principio implica que la suma de la energía
cinética y la energía potencial gravitacional de los cuerpos en interacción se mantiene
constante, siempre que no haya fuerzas externas realizando trabajo sobre el sistema.
(Marques)
Energía Potencial Gravitacional
Para dos masas m1 y m2 separadas por una distancia r, la energía potencial
gravitacional (U) está dada por:
U = −𝐺
𝑚1 𝑚2
𝑟
Donde:
G = es la constante de gravitación universal (6.67430 x 10-11 Nm2 kg-2)
El signo negativo indica que la fuerza es atractiva y que la energía potencial es
menor cuanto más cerca están las masas. (Fernández, 2018)
Energía Cinética
La energía cinética (Ec) de un objeto de masa mmm que se mueve con una
velocidad 𝑣 está dada por:
Ec = ½ m 𝑣2
Conservación de la Energía
En un sistema gravitacional aislado, donde solo actúan las fuerzas
gravitacionales internas y no hay pérdidas de energía debidas a otras fuerzas (como
fricción), la energía mecánica total permanece constante: (Abramson, 2018)
Einicial = Efinal
CONCLUSIÓN
La comprensión del trabajo gravitacional y su relación con la energía potencial
es esencial para el estudio de la mecánica clásica y los sistemas gravitacionales. La
fuerza gravitacional, descrita por la ley de la gravitación universal de Newton, actúa
entre dos masas y su magnitud depende tanto de las masas involucradas como de la
distancia que las separa.
El trabajo realizado en un campo de fuerza constante, como el gravitacional
cerca de la superficie terrestre, se calcula fácilmente y es directamente proporcional a la
masa del objeto, la altura desplazada y la aceleración debida a la gravedad. La relación
entre trabajo y energía potencial establece que el trabajo realizado por una fuerza
conservativa es igual al cambio negativo en la energía potencial del sistema.
Este principio es fundamental en la conservación de la energía, que asegura que
la suma de la energía cinética y potencial de un sistema aislado permanece constante.
Esta interrelación permite predecir y analizar el comportamiento de objetos bajo la
influencia de la gravedad, desde la caída de un objeto hasta el movimiento de los
cuerpos
BIBLIOGRAFÍA
Abramson, G. (06 de Marzo de 2018). MECÁNICA CLÁSICA. Obtenido de
https://ricabib.cab.cnea.gov.ar/696/1/mecanica_2.pdf
Cid, M. A. (13 de Abril de 2012). Mec´anica Cl´asica. Obtenido de Departamento de
F´ısica - Facultad de Ciencias Universidad del B´ıo-B´ıo:
https://ciencias.ubiobio.cl/fisica/wiki/uploads/AntonellaCid/MC3.pdf
Cossarini, M. (Marzo29 de 2012). ECUACIONES DE LA MECÁNICA CLÁSICA.
Obtenido de https://web.dm.uba.ar/files/tesis_lic/2012/cossarini_marcos.pdf
Fernández, J. L. (2018). Logo Fisicalab. Obtenido de Trabajo de la Fuerza Gravitatoria:
https://www.fisicalab.com/apartado/trabajo-gravitatorio
Marques, J. (s.f.). ENERGÍA, TRABAJO Y POTENCIA. Obtenido de 2020:
https://www.uv.es/jmarques/documentos/Energ%C3%ADa,%20trabajo%20y%2
0potencia.pdf
Open Stax. (2019). Obtenido de Teorema de trabajo-energía:
https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-1/pages/7-3teorema-de-trabajo-energia
Trabajo y energía. (2020). Obtenido de
https://www.uco.es/~fa1orgim/archivos/lecciones/LFM10.PDF