Ejercicios: Trabajo y calor como transferencias de energía

Irene baja una cuesta larga con la bici y aprieta el freno casi todo el rato. Al llegar abajo toca con cuidado la pastilla del freno y nota que está caliente.

1. a) ¿La energía ha llegado a la pastilla mediante un trabajo o mediante calor?
2. b) ¿Qué fuerza ha realizado esa transferencia de energía?

Marcos tiene las manos frías y las apoya en la taza de chocolate caliente de su hermana. Al poco rato nota las manos mucho mejor.

1. a) ¿Han recibido energía las manos de Marcos por trabajo o por calor?
2. b) ¿Qué cuerpo ha cedido energía y cuál la ha ganado?

Clasifica cada situación según la energía se transfiera por trabajo (actúa una fuerza) o por calor (hay diferencia de temperatura):

1. a) Estiras una gomita elástica con los dedos.
2. b) Un sartén frío sobre la cocina de vitrocerámica encendida.
3. c) La batidora remueve el jugo con fuerza.
4. d) Calientas las manos acercándolas a una fogata.
5. e) Frotas las manos entre sí para entrar en calor.

Completa la frase con las palabras que faltan: «Un sistema puede ganar o perder energía de dos maneras: mediante $\dots$, cuando una $\dots$ produce un desplazamiento, o mediante $\dots$, cuando existe una diferencia de $\dots$ entre dos cuerpos». Pon después un ejemplo cotidiano de cada manera.

En el Sistema Internacional, tanto el trabajo como el calor se miden en joules ($\text{J}$), la misma unidad que la energía. Explica con tus palabras por qué tiene sentido que las tres cosas compartan unidad.

Al inflar la rueda de la bici con una bomba de mano, el tubo de la bomba se pone caliente después de unas cuantas bombeadas.

1. a) ¿Qué trabajo se realiza en cada bombeada y sobre qué?
2. b) Explica por qué se calienta el tubo aunque no haya ninguna fuente de calor cerca.

Di si la frase es verdadera o falsa y corrige la idea: «Cuando echo un hielo a la bebida, el frío del hielo pasa a la bebida y por eso se enfría».

El trabajo que realiza una fuerza constante que empuja un cuerpo en la dirección del movimiento se calcula con $W = F \cdot d$, donde $d$ es la distancia recorrida. En el supermercado, Noa empuja el carro con una fuerza de $20\ \text{N}$ a lo largo de $5\ \text{m}$ por el pasillo, como se muestra en la figura.

1. a) Calcula el trabajo que se ha realizado.
2. b) ¿En qué se ha convertido principalmente ese trabajo si el carro va cada vez más rápido?

Un montacargas de obra sube una caja de herramientas tirando del cable con una fuerza de $250\ \text{N}$ durante $6\ \text{m}$ de ascenso, como se muestra en la figura.

1. a) Calcula el trabajo realizado por el montacargas con $W = F \cdot d$.
2. b) ¿Qué le ocurrió a la energía de la caja al ganar ese trabajo?

En una obra hay dos grúas: la grúa A sube una viga tirando con $400\ \text{N}$ durante $3\ \text{m}$ y la grúa B sube un saco de cemento tirando con $250\ \text{N}$ durante $5\ \text{m}$.

1. a) Calcula el trabajo de cada grúa.
2. b) ¿Cuál de las dos ha transferido más energía? Comenta si la grúa que tira con más fuerza es también la que más trabajo hace.

En el gimnasio, Héctor levanta una pesa de $20\ \text{kg}$, cuyo peso es de unos $200\ \text{N}$ (toma $g = 10\ \text{m/s}^2$), desde el suelo hasta $1,5\ \text{m}$ de altura.

1. a) Calcula el trabajo que realiza en cada levantamiento.
2. b) ¿Cuánto trabajo acumula en una serie de $12$ levantamientos?
3. c) ¿De dónde sale la energía que Héctor transfiere a la pesa?

Tapa la salida de una jeringa con el dedo y empuja el émbolo con una fuerza media de $40\ \text{N}$; el émbolo avanza $5\ \text{cm}$, como se muestra en la figura.

1. a) Expresa el desplazamiento en metros.
2. b) Calcula el trabajo que realizas sobre el aire atrapado con $W = F \cdot d$.
3. c) Predice qué le ocurre a la temperatura del aire atrapado y justifícalo.