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Fisica 2° · 2024
Libro de Física 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

165/274

Trabajo y potencia al elevar un contenedor con una grúa (1 m de altura)

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

a) W = F\cdot h = m\,g\,h = 9{,}8\cdot m\ \text{J} (con 2 000 kg: 19 600 J = 19,6 kJ). b) P = W/t = 9{,}8\,m/t\ \text{W} (con 10 s: 1,96 kW). c) W_{\text{día}} = 100\,W = 980\,m\ \text{J} y P_{\text{total}} = 980\,m/t\ \text{W} (1,96 MJ y 1,96 kW en el ejemplo).

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 165

Fisica 2° · 2024

164
Ejercicio 164

(a)

Enunciado: Determino el trabajo realizado por la grúa para levantar el contenedor.

Datos de la página: el contenedor se eleva una altura d = h = 1\,\text{m} (según la etiqueta de la figura). La masa m del contenedor no aparece indicada en esta página, así que se escribe el resultado en función de m. Se toma g = 9{,}8\,\text{m/s}^{2}.

  1. Para levantar el contenedor la grúa ejerce una fuerza vertical hacia arriba igual, en módulo, al peso: F = m\cdot g.
  2. La fuerza y el desplazamiento son paralelos y en el mismo sentido, luego \theta = 0^{\circ} y \cos 0^{\circ} = 1.
  3. Aplico la fórmula del trabajo: W = F\cdot d\cdot \cos\theta = (m\cdot g)\cdot h\cdot \cos 0^{\circ}
  4. Sustituyo los valores conocidos (g = 9{,}8\,\text{m/s}^{2}, h = 1\,\text{m}): W = m\cdot (9{,}8\,\text{m/s}^{2})\cdot (1\,\text{m}) = 9{,}8\cdot m \ \text{J}

Ejemplo numérico (supuesto, sólo para ilustrar): si el contenedor tiene m = 2\,000\,\text{kg}, entonces W = (2\,000\,\text{kg})(9{,}8\,\text{m/s}^{2})(1\,\text{m}) = 19\,600\,\text{J} = 19{,}6\,\text{kJ}


Respuesta

W = 9{,}8\cdot m\ \text{J} (para m = 2\,000\,\text{kg}: W = 19\,600\,\text{J} = 19{,}6\,\text{kJ}).

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Ejercicio 164

(b)

Enunciado: Calculo la potencia necesaria para realizar este movimiento.

  1. La potencia es el trabajo realizado por unidad de tiempo: P = \dfrac{W}{t}.
  2. Sustituyo el trabajo del literal a): P = \frac{9{,}8\cdot m\ \text{J}}{t\ \text{s}} = \frac{9{,}8\,m}{t}\ \text{W}
  3. El tiempo de elevación t tampoco se indica en la página; se deja expresado en función de t.

Ejemplo numérico (supuesto): si m = 2\,000\,\text{kg} y la grúa tarda t = 10\,\text{s} en elevar el contenedor, P = \frac{19\,600\,\text{J}}{10\,\text{s}} = 1\,960\,\text{W} \approx 1{,}96\,\text{kW}


Respuesta

P = \dfrac{9{,}8\,m}{t}\ \text{W} (con m = 2\,000\,\text{kg} y t = 10\,\text{s}: P \approx 1{,}96\,\text{kW}).

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Ejercicio 164

(c)

Enunciado: Tomo en cuenta que la grúa llega a trasladar hasta 100 contenedores diarios; determino la potencia total desarrollada por la grúa en el día.

  1. El trabajo total diario es la suma de los trabajos de cada contenedor (todos iguales): W_{\text{día}} = 100\cdot W = 100\cdot(9{,}8\,m\ \text{J}) = 980\,m\ \text{J}
  2. Potencia media sobre la jornada: si T es el tiempo total invertido en el día (en segundos), P_{\text{média}} = \frac{W_{\text{día}}}{T} = \frac{980\,m\ \text{J}}{T\ \text{s}}
  3. Otra forma equivalente: como la potencia instantánea de cada elevación es la misma, la potencia total desarrollada es la suma de las 100 elevaciones: P_{\text{total}} = 100\cdot P = 100\cdot\frac{9{,}8\,m}{t} = \frac{980\,m}{t}\ \text{W}

Ejemplo numérico (supuesto): con m = 2\,000\,\text{kg} y t = 10\,\text{s} por contenedor, W_{\text{día}} = 980\cdot(2\,000) = 1\,960\,000\,\text{J} = 1{,}96\,\text{MJ} P_{\text{total}} = \frac{1\,960\,000\,\text{J}}{1\,000\,\text{s}} = 1\,960\,\text{W} \approx 1{,}96\,\text{kW} (es decir, la potencia media del día coincide con la potencia de cada elevación cuando todo el tiempo se dedica a elevar contenedores).


Nota de integridad: la página entrega únicamente la altura de elevación (1\,\text{m}) y la cantidad diaria (100 contenedores); la masa y el tiempo por elevación se toman como supuestos de ejemplo porque no figuran en la imagen ni en el OCR.

Respuesta

W_{\text{día}} = 980\,m\ \text{J} y P_{\text{total}} = \dfrac{980\,m}{t}\ \text{W} (para m = 2\,000\,\text{kg}, t = 10\,\text{s}: W_{\text{día}} = 1{,}96\,\text{MJ}, P_{\text{total}} \approx 1{,}96\,\text{kW}).

Contenido de la página

Trabajo y potencia al elevar un contenedor

Una grúa eleva un contenedor hasta una altura de 1 metro (etiqueta de la figura).

a) Determino el trabajo realizado por la grúa para levantar el contenedor.

b) Calculo la potencia necesaria para realizar este movimiento.

c) Tomo en cuenta que la grúa llega a trasladar hasta 100 contenedores diarios; determino la potencia total desarrollada por la grúa en el día.


Datos

Magnitud Valor
Altura de elevación h 1\,\text{m}
Aceleración de la gravedad g 9{,}8\,\text{m/s}^{2}
Cantidad de contenedores al día 100
Masa m del contenedor no indicada en la página
Tiempo por elevación t no indicado en la página

Fórmulas clave

W = F\cdot d\cdot\cos\theta \qquad P = \frac{W}{t}

Para elevar un objeto verticalmente: F = m\,g, d = h y \theta = 0^{\circ}.

Resultados

  • a) W = 9{,}8\cdot m\ \text{J}
  • b) P = \dfrac{9{,}8\,m}{t}\ \text{W}
  • c) W_{\text{día}} = 980\,m\ \text{J} y P_{\text{total}} = \dfrac{980\,m}{t}\ \text{W}

Ejemplos resueltos

Una grúa eleva verticalmente un contenedor de 2 000 kg una altura de 1 m. Calcular el trabajo realizado.

  1. F = m\,g = (2\,000\,\text{kg})(9{,}8\,\text{m/s}^{2}) = 19\,600\,\text{N}.
  2. W = F\cdot h = (19\,600\,\text{N})(1\,\text{m}) = 19\,600\,\text{J}. Respuesta: W = 19\,600\,\text{J} = 19{,}6\,\text{kJ}.

Si esa elevación dura 10 s, ¿qué potencia requiere la grúa?

P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{19\,600\,\text{J}}{10\,\text{s}} = 1\,960\,\text{W}. Respuesta: P \approx 1{,}96\,\text{kW}.

Tabla

Literal Magnitud buscada Fórmula Resultado (en función de m y t)
a Trabajo W = m\,g\,h W = 9{,}8\,m\ \text{J}
b Potencia P = W/t P = 9{,}8\,m/t\ \text{W}
c Potencia total diaria P = 100\,W/t W_{\text{día}} = 980\,m\ \text{J}; P_{\text{total}} = 980\,m/t\ \text{W}

Fórmulas y ecuaciones

W = F\cdot d\cdot\cos\theta (trabajo de una fuerza constante)

P = \dfrac{W}{t} (potencia)

W = m\,g\,h (trabajo para elevar un cuerpo verticalmente)

W = F\cdot d\cdot\cos\theta

W = m\cdot g\cdot h

P = \frac{W}{t}

W_{\text{día}} = 100\cdot W

P_{\text{total}} = \frac{W_{\text{día}}}{T} = \frac{100\,W}{t}

Glosario (5)

Trabajo
Energía transferida cuando una fuerza desplaza un cuerpo; se mide en julios (J) y se calcula como W = F·d·cos θ.
Potencia
Ritmo al que se realiza un trabajo, es decir, trabajo por unidad de tiempo; se mide en vatios (W).
Peso
Fuerza con que la grávedad atrae a un cuerpo, F = m·g, medida en newtons (N).
Potencia promedio
Potencia obtenida dividiendo el trabajo total por el tiempo total transcurrido.
Joule (J)
Unidad SI de trabajo y energía: 1 J equivale al trabajo realizado por una fuerza de 1 N al desplazar un cuerpo 1 m en su dirección.

Preguntas para practicar

¿Por qué al elevar el mismo contenedor a mayor altura se necesita más trabajo, y al hacerlo más rápido se necesita más potencia?

El trabajo es W = m·g·h, por lo que es directamente proporcional a la altura h: duplicar la altura duplica el trabajo, ya que hay que vencer el peso durante un recorrido mayor. La potencia es P = W/t, así que si el mismo trabajo se realiza en menos tiempo la potencia aumenta: mover 10 kJ en 5 s requiere 2 kW, mientras que en 20 s basta con 0,5 kW.

¿Cómo podría la empresa disminuir la potencia que debe desarrollar la grúa al día sin reducir la cantidad de contenedores?

Puede alargar el tiempo de cada elevación (bajar la velocidad de izado, lo que reduce P = W/t), reducir la masa transportada por viaje, o disminuir la altura de elevación si el diseño del patio de contenedores lo permite; además, un sistema de frenado regenerativo devuelve parte de la energía al bajar la carga.

Temas y conceptos clave

Trabajo realizado por una fuerzaPotencia mecánicaTrabajo y potencia en tareas diariasTrabajo (J)Potencia (W)Fuerza de gravedadDesplazamiento verticalPotencia promedio diariaRelación entre trabajo, potencia y tiempo

Fuentes y referencias

  • https://n9.cl/pvha4n
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Preguntas que la gente también hace

¿Cómo se calcula el trabajo realizado al levantar un objeto con una grúa?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué fórmula relaciona trabajo, potencia y tiempo?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Cómo se determina la potencia total que desarrolla una máquina durante todo el día?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Definición de peso como F = m·g
  • • Fórmula del trabajo: W = F·d·cos θ
  • • Fórmula de la potencia: P = W/t
  • • Unidades SI: newton, joule y vatio
  • • Conversión de unidades (kJ, MW, etc.)
Siguiente tema sugerido
Máquinas simples y máquinas compuestas: ventaja mecánica, eficiencia y potencia útil frente a potencia entregada.
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 343 caracteres

1 metro

Fuente: https://n9.cl/ovha4n

a) Determino el trabajo realizado por la grúa para levantar el contenedor. b) Calculo la potencia necesaria para realizar este movimiento.

c) Tomo en cuenta que la grúa llega a trasladar hasta 100 contenedores diarios, determino la potencia total desarrollada por la grúa en el día.

164 Texto de Física

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