UNA PROPUESTA PARA AYUDAR A COMPRENDER LOS CONCEPTOS DE TRABAJO Y ENERGÍA A ESTUDIANTES DE FÍSICA BÁSICA.

Por: Héctor Javier Correa González

CC. 71317555.

Instituto Tecnológico Metropolitano.

Tecnología en sistemas de información. 

RESUMEN

En todas las áreas del conocimiento, existen conceptos que fundamentan un conjunto de líneas de aplicaciones que les hace trascender en el mundo económico y en el entorno en que nos movemos. La probabilidad en la estadística la percepción y discusión del concepto del ser desde la filosofía o el encuentro de los pueblos desde la política, incluso conceptos como el de Dios y formas de vida discutidos desde la religión. Trabajo y energía no son excepciones mirados desde el punto de vista físico: son consideraciones que impactan directamente la vida cotidiana y las decisiones del ser humano, la energía es un centro de interés mundial por lo que representa para el hombre y el mejoramiento de sus condiciones de vida, el concepto de trabajo por su parte, resulta un homónimo generalmente ligado a labores remuneradas y no a su influencia energética este articulo desarrolla una propuesta conceptual que pretende establecer relaciones entre experiencias convencionales de las personas especialmente de los estudiantes de física básica y estos dos conceptos de suma relevancia para la solución de problemas contextuales y su aprovechamiento en el desarrollo de ideas productivas.

ABSTRAC

In all areas of knowledge, there are concepts that underlie a set of lines of applications that makes them transcend the economic world and the environment in which we operate. The statistical probability perception and discussion of the concept of being from the philosophy or the meeting of people from politics, including concepts such as God and discussed ways of life from religion. Work and energy are not regarded exceptions from the physical point of view: they are considerations that directly impact everyday life and decisions of human beings, energy is a center of worldwide interest which represents for men and improve their conditions of life, the concept of work on your part, is a homonym generally linked to work paid and not its energy influence this article develops a conceptual proposal which seeks to establish relationships between conventional experiences of people especially students of basic physics and these two concepts of utmost importance for solving contextual problems and its use in the development of productive ideas.

INTRODUCCIÓN

Es común que para las personas resulte más complicado encontrar definiciones de conceptos que hacen parte de su vida diaria. Y es que se crea la idea que las cosas adquieren significado por las relaciones que hacemos mentalmente de acuerdo a nuestras necesidades. Tendríamos que referenciar entonces que las ideas del gran pedagogo Piaget son ciertamente demostradas en los ambientes de aprendizaje. Es por eso que al hablar con un agente de bienes raíces de una propiedad, la definición más inmediata estaría asociada a casas, edificios o locales; hablar a un profesional de las ciencias teóricas o aplicadas podría acercarnos más a características de la materia o procedimientos que cumplen condiciones en conjuntos numéricos. Esto es un punto de partida muy valioso para que pueda fundamentarse este escrito en un conjunto de relaciones entre el concepto riguroso y las asociaciones que los estudiantes de física básica hacen de el en la vida cotidiana. También permitirá la construcción del concepto de energía sin expresarlo como formas (eléctrica, solar, eólica, geotérmica) que resultan ser más ejemplos que una elaboración semántica y sintáctica. Energía y trabajo son pues un excelente apoyo en la fundamentación de elementos necesarios para que los recursos con los que puede contar un profesional sean aprovechados eficientemente en los procesos en que interviene.

FUNDAMENTACIÓN

Apreciado estudiante es necesario comprender que los conceptos físicos deben estar ligados a tres elementos fundamentales: su concepción, su argumentación y su aplicabilidad. Concebirlos implica ubicarse en un fenómeno natural y abstraer aquellos elementos que permitirían explicar su origen, la argumentación está asociada a las vivencias y el establecimiento de relaciones y fundamentos que permitan predecirlos y calcularlos. Finalmente, la aplicabilidad resulta ser la oportunidad de aprovecharlo para mejorar la calidad de vida del ser humano. En este artículo estableceremos los elementos matemáticos necesarios para que os tres procesos se puedan dar satisfactoriamente y lograr una asimilación significativa de trabajo y energía.

PRODUCTO ESCALAR DE DOS VECTORES

La siguiente página inicia con una imagen del capítulo siete del libro “física para la ciencia y la ingeniería” en su séptima edición de Raymond serway donde propone una definición sencilla de esta operación con sus respectivas propiedades.

El producto escalar es una operación entre dos vectores de la que se obtiene una cantidad escalar. Esto permitirá más adelante calcular valores energéticos que no requieren de dirección y sentido (por ser la energía una cantidad escalar), si tuviéramos que definir el producto escalar los sintetizaríamos como:    

 a y b representan dos cantidades vectoriales para las que se plantean el producto escala, también conocidos como producto punto.

El resultado obtenido de la ecuación planteada es una cantidad escalar cuyo valor se obtiene de la multiplicación de los vectores a y b y el coseno del ángulo formado entre ellos.

El producto escalar lo que hace es obtener la proyección de uno de los vectores sobre el otro multiplicando la magnitud de uno con la magnitud paralela del otro, como podrás observar en la imagen a continuación el producto escalar responde a las propiedades conmutativa, asociativa y distributiva como la del producto por un escalar. Debes tener en cuenta que como el producto incluye el coseno del ángulo formado por los dos vectores, es una herramienta muy valiosa para determinar perpendicularidad. Si dos segmentos se tratan como vectores y su producto escalar es cero es un argumento suficiente para demostrar que son perpendiculares.

Una vez presentado el concepto matemático necesario para poder efectuar cálculos satisfactoriamente, presentemos entonces lo que no reúne en este artículo.

TRABAJO

Preguntarle a cualquier estudiante sobre el concepto de trabajo en el Instituto Tecnológico Metropolitano nos lleva en una relación de tres a cuatro (por cada cuatro estudiantes tres contestan en el mismo sentido) “el trabajo es una oportunidad laborar”; “son actividades que se realizan con el fin de recibir una remuneración”. Solo una de cuatro personas hace mención al concepto físico y desafortunadamente, sin tener claridad. Sin duda tiene que ver con fuerzas puesto que es el común denominador que los miembros de los doce objetos de consulta ponen como elemento común.

Sería de gran valor poder acercar la concepción laboral y la idea o asociación a fuerza que todos ellos hacen.

Físicamente hablando el trabajo está definido como una relación energética establecida y necesaria para que una fuerza aplicada afecte el comportamiento de un cuerpo durante un desplazamiento, entonces podríamos hacer una analogía donde en el trabajo ordinario es el encargado de realizar una labor, mientras en el punto de vista mecánico es una fuerza la encargada de hacer una labor. En el caso del empleado la labor realizada depende de un horario que inicia a cierta hora del día y finaliza en otra. En caso de que el trabajador no cumpla este rango podríamos asegurar que no realizó ningún trabajo, desde e concepto físico el parámetro no es una jornada, sino un desplazamiento también con un punto de partida y un punto de llegada. En caso tal de que la fuerza no actué sobre el mencionado tramo, de la misma forma podemos decir que no ha efectuado ningún trabajo. En todas las empresas existen un grupo de contribuyentes que aportan al adecuado sostenimiento sin sostener un vínculo laboral reafirmado por la existencia de un contrato y una remuneración: practicantes, proveedores y otros terceros sería una muestra adecuada. En el caso de los sistemas mecánicos también hay fuerzas que contribuyen al comportamiento definitivo del mismo pero que no hacen parte de quienes efectúan trabajo, el vínculo lo define el coseno de un ángulo. Cuando el coseno es cero decimos que las fuerzas que intervienen no hacen trabajo cuando el valor del ángulo favorece que la función coseno sea diferente de cero entonces decimos que hay un trabajo.

Nos queda claro que si es posible encontrar relaciones entre el concepto tradicional y cotidiano de trabajo y el concepto físico.

Trabajo W=   

De esta forma también es posible comprender la idea rigurosa y la forma de determinar el trabajo que no resulta ser otra cosa más que el producto escalar entre el vector fuerza y el vector desplazamiento.

ENERGIA

La definición más básica de energía que podemos encontrar en los diccionarios y hasta e algunos textos de física para principiantes, la asociación con la capacidad que tienen los cuerpos de efectuar trabajo. En realidad, resulta ser un poco más complejo que estoy el objetivo es continuar acercando a los estudiantes más cercano al esperado. Para ello es necesario comprender que la energía tiene muchas formas cuyas interacciones afectan el comportamiento de las cosas que vemos a su alrededor, lo primero que hay que saber queridos estudiantes es que estudiar la energía permitirá encontrar métodos de soluciones de problemas dinámicos más sencillos y amables matemáticamente.

Por otro lado, cabe mencionar que todos los estudiantes establecen relaciones de acuerdo a los tipos que le son familiares siendo la energía eléctrica, el calor y la radiación las formas que le permiten construir una definición personal el propósito a continuación será definir la energía ligada al movimiento de los cuerpos bien denominada energía mecánica.

Iniciaremos diciendo que la energía mecánica está ligada a las formas posibles de obtener o manifestar el movimiento y en este caso tenemos que decir que en la mayor parte de las ocasiones son agentes externos los responsables de que los objetos se muevan o adquieran la capacidad de hacerlo (esto desde el punto de vista clásico y Newtoniano), adoptaremos entonces dos componentes de la energía mecánica ligados a una masa que se mueve: los cuerpos que se mueven y los cuerpos que adquieren una capacidad para hacerlo o ambas cosas.

A la energía ligada a los cuerpos en movimiento la denominares cinética dependiente de la masa y el cuadrado de la velocidad 

Por otra parte, hay cuerpos que de acuerdo a su posición adquieren una capacidad de movimiento (un potencial); podría llamarse energía potencial y en los sistemas mecánicos podemos hacer una clasificación simple cuando el potencial se adquiere por efecto del peso (energía potencial gravitacional) o cuando el potencial se adquiere a la deformación de un resorte (energía potencial elástica):

Ecuación Energía potencial elástica:    donde k es la constante del resorte y x su deformación.

Ecuación energía potencial gravitacional  donde m es la masa del objeto, g la aceleración de la gravedad y h su altura.

En ese orden de ideas determinar la energía mecánica es simplemente hacer una suma de las dos cantidades que la componen

Energía mecánica= energía cinética+ energía potencial

APLICABILIDAD

La aplicabilidad de los conceptos de trabajo y energía se hacen fuerte en la medida que podamos comprender el principio físico para muchos de mayor valor económico en el mundo: “la energía no se crea ni se destruye. Se transforma” resulta entonces una oportunidad de éxito económico poder tomar cierta cantidad de energía y aprovecharla, reutilizarla y hacerla circular para favorecer las condiciones de vida humana

ANEXOS

Algunas herramientas y dispositivos convencionales que aprovechan los conocimientos energéticos para su óptimo funcionamiento.

    

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS

Raymond A. Serway y John W. Jewett, Jr. Física para ciencias e ingeniería. Volumen 1. Séptima edición. ISBN-13: 978-607-481-357-9 ISBN-10: 607-481-357-4

Páginas 163 – 194.

Robert Resnick y David Halliday. Física I. Tercera Edición.Paginas 149 – 163

Perez Lince Gabriel Jaime. Física. Módulo Trabajo y Energía. Universidad de Antioquia. Facultad de Ciencias Exactas. 1999.

Piaget Jean. El Lenguaje y el Niño. Paldos 1997. 96 páginas.

FOTOGRAFÍAS

Salas Mazo Vanessa Alexandra. Medellín Colombia. 2016