El teorema del Trabajo y la Energía en marcos de referencias rotacionales

Abstract

Recebido em 17 de março de 2016. Aceito em 28 de março de 2016 En los libros de texto estándar de física universitaria, el Teorema del Trabajo y la Energía se presenta generalmente para sistemas de referencia inerciales, en los cuales está claro que la energía cinética se conserva cuando no hay trabajo neto de las fuerzas de interacción ¿Pero qué sucede cuando la energía y el trabajo se calculan en un marco de referencia no inercial? En general, en los textos básicos de física esta importante cuestión no es tratada. En este trabajo buscamos contribuir, en este aspecto, con una propuesta de actividades que permitan presentar y discutir este teorema parados como observadores en rotación relativa, haciendo hincapié explícitamente en las diferencias entre una y otra descripción. Esta propuesta tiene como objetivo la presentación gradual, mediante la discusión, de los conceptos a partir de ejemplos sencillos y prácticos, pero utilizando nociones básicas del formalismo vectorial. Palavras-chave: Trabajo y energía, Sistemas de referencia no inerciales, Física educativa.In standard textbooks of college physics, Theorem of Work and Energy is generally presented for inertial reference systems in which it is clear that the kinetic energy is conserved when there is not net work of the forces of interaction. But what happens when energy and work are calculated on a non-inertial reference frame? In general, in basic physics textbooks this important issue is not treated. In this paper we seek to contribute, in this respect, with a proposal of activities to present and discuss this theorem standing for observers in relative rotation, explicitly emphasizing the differences between each description. This proposal aims at a gradual introduction, by discussion of concepts from simple and practical examples, but using the basic knowledge of vector formalism. Keywords: Work and Energy, Non-inertial reference frame, Physics Education. IntroducciónEl concepto de energía es de los más fundamentales de las Ciencias y su validez y aplicabilidad se extiende a todas las ramas de la Física. Particularmente, el Teorema del Trabajo y la Energía (TTE), que establece que el trabajo hecho por la fuerza neta aplicada sobre una partícula provoca un cambio en su energía cinética, juega un rol muy importante en Mecánica. Recordemos, no obstante, queéste no es un principio básico o general, sino que está basado en la definición de trabajo y en la segunda ley de Newton. * Endereço de correspondência: dfernand@ungs.edu.ar.La presentación del concepto de energía y de su conservación en cursos introductorios de física presenta dificultades, aun cuando diversas propuestas han sido dadas para enfrentar el problema [5]. Asimismo, se pueden dar varias definiciones de trabajo como las que se pueden señalar en [6], [5]. Por otra parte, cuando se trata de un sistema de varias partículas es necesario tener en cuenta que la diferencia entre el trabajo hecho sobre el centro de masa y el trabajo hecho sobre las partículas se halla esencialmente ligada a los cambios ...