Page 183 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

164 Capítulo 8 Trabajo, energía y potencia
mr / l í
r ¿Qué fuerza media F es necesaria para detener una bala de 16 g que viaja a 260 m /s y que
penetra en un trozo de madera a una distancia de 1 2 cm?
Plan: La fuerza ejercida por el bloque sobre la bala no es de ningún modo constante, pero
puede suponer una fuerza media de detención. Entonces, el trabajo necesario para detener
la bala será igual al cambio de energía cinética (véase la figura 8.5).

Solución: Tras observar que la velocidad de la bala cambia de un valor inicial de v0 =
260 m /s a uno final igual a cero, la aplicación directa de la ecuación (8 .6 ) resulta en
1 ,
Fx = - l~mvl Fx = -~ m v 5

Al resolver explícitamente para F se obtiene
-mv
F =
2x
Las cantidades dadas en SI son

m = 16 g = 0.016 kg; x = 12 cm = 0 .1 2 m; v0 = 260 m/s
Al sustituir valores se obtiene la fuerza media de detención
-m v l -(0.016 kg)(260 m /s) 2
F =
2x 2(0.12 m)
F = -4 5 1 0 N
El signo menos indica que la fuerza era opuesta al desplazamiento. Cabe señalar que esta
fuerza es aproximadamente 30 000 veces el peso de la bala.

K = — mv

Figura 8.5 El trabajo realizado para detener la bala es igual al cambio en la energía cinética de ésta.

Energía potencial

La energía que posee el sistema en virtud de sus posiciones o condiciones se llama energía
potencial. Como la energía se expresa a sí misma en forma de trabajo, la energía potencial
implica que debe haber un potencial para realizar trabajo. Supongamos que el martinete de
la figura 8 .6 se utiliza para levantar un cuerpo cuyo peso es W hasta una altura h por arriba
del pilote colocado sobre el suelo. Decimos que el sistema Tierra-cuerpo tiene una energía
potencial gravitacional. Cuando se deje caer ese cuerpo, realizará un trabajo al golpear el pi­
lote. Si es lo suficientemente pesado y cae desde una altura suficientemente grande, el trabajo
realizado hará que el pilote recorra una distancia y.
La fuerza externa F necesaria para elevar el cuerpo debe ser por lo menos igual al peso
W. Entonces, el trabajo realizado por el sistema está dado por

Trabajo = Wh = mgh
Esta cantidad de trabajo también puede ser efectuada por el cuerpo después de caer una dis­
tancia h. Por tanto, el cuerpo tiene una energía potencial igual en magnitud al trabajo externo
necesario para elevarlo. Esta energía no proviene del sistema Tierra-cuerpo, sino que resulta
del trabajo realizado sobre el sistema por un agente externo. Sólo una fuerza externa, como F
en la figura 8 .6 o la fricción, puede añadir o extraer energía del sistema formado por el cuerpo
y la Tierra.