5.11.4.2 Trabajo, Energía y Fuerzas Conservativas (16 horas) [Habilidades AG-C07]

Referencias Bibliográficas: [Serway and Jewett, 2018,Tipler and Mosca, 2007]

Temas

1. Definición de trabajo como una integral de línea $W = \int \vec{F} \cdot d\vec{r}$
2. Teorema del trabajo y la energía que relaciona el trabajo total con el cambio en la energía cinética: $W_{total} = \Delta K$
3. Energía cinética para partículas individuales y sistemas de partículas
4. Fuerzas conservativas e independencia de la trayectoria del trabajo
5. Función de energía potencial $U(\vec{r})$ y la relación de fuerza $\vec{F} = -\nabla U$
6. Conservación de la energía mecánica total $E = K + U$
7. Diagramas de energía e interpretación de puntos de retorno y estabilidad del equilibrio
8. Trabajo realizado por fuerzas no conservativas y mecanismos de disipación de energía
9. Superficies de energía potencial en Dos y Tres dimensiones

10. Consideraciones energéticas para fuerzas dependientes de la velocidad, como las fuerzas magnéticas y de arrastre

Aprendizaje esperado (Learning Outcomes)

1. Calcular el trabajo realizado por una fuerza a lo largo de una trayectoria especificada utilizando integrales de línea [Usar]
2. Determinar si un campo de fuerzas dado es conservativo y hallar su función de energía potencial [Usar]
3. Aplicar la conservación de la energía mecánica para resolver velocidades y posiciones en el movimiento unidimensional [Usar]
4. Analizar un diagrama de energía para identificar puntos de retorno, regiones permitidas y estabilidad del equilibrio [Evaluar]
5. Calcular la potencia instantánea entregada por una fuerza: $P = \vec{F} \cdot \vec{v}$ [Usar]
6. Estimar la energía disipada por fuerzas no conservativas en un proceso mecánico [Evaluar]
7. Localizar y clasificar puntos críticos como máximos, mínimos y puntos de silla en una superficie de potencial bidimensional [Usar]

8. Explicar por qué las fuerzas magnéticas no realizan trabajo sobre partículas cargadas a pesar de cambiar la dirección de su velocidad [Familiarizarse]