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6.1: Introducción

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    Introducción al Trabajo y a la Energía

    El trabajo es la energía asociada a la acción de una fuerza.

    objetivos de aprendizaje

    • Describir la relación entre trabajo, energía y fuerza

    El trabajo realizado en un sistema por una fuerza constante es producto del componente de la fuerza en la dirección del movimiento multiplicado por la distancia a través de la cual actúa la fuerza. Para el movimiento unidireccional en una dimensión, esto se expresa en forma de ecuación como\(\mathrm{W=Fd \cos θ}\), donde W es trabajo, F es la magnitud de la fuerza en el sistema, d es la magnitud del desplazamiento del sistema, y θ es el ángulo entre el vector de fuerza F y el vector de desplazamiento d.

    Trabajo, Poder y Energía: La biología es útil.

    Toma este ejemplo de trabajo en acción de: (A) El trabajo realizado por la fuerza F en esta cortadora de césped es\(\mathrm{W=Fd \cos θ}\). Tenga en cuenta que\(\mathrm{W=Fd \cos θ}\) es el componente de la fuerza en la dirección del movimiento. (B) Una persona que sostiene un maletín no trabaja en él, porque no hay movimiento. No se transfiere energía hacia o desde el maletín. (C) La persona que mueve el maletín horizontalmente a una velocidad constante no trabaja en él, y no le transfiere energía. (D) El trabajo se realiza en el maletín subiéndolo por escaleras a velocidad constante, porque necesariamente hay un componente de fuerza F en la dirección del movimiento. La energía se transfiere al maletín y podría, a su vez, ser utilizada para hacer el trabajo. (E) Cuando se baja el maletín, la energía se transfiere fuera del maletín y se introduce en un generador eléctrico. Aquí el trabajo realizado en el maletín por el generador es negativo, quitando energía del maletín, porque F y d están en direcciones opuestas.

    imagen

    Ejemplos de Trabajo: Así es como el trabajo en progreso y la energía coexisten y operan. El trabajo es la energía asociada a la acción de una fuerza.

    En física, se dice que una fuerza hace trabajo cuando actúa sobre un cuerpo para que haya un desplazamiento del punto de aplicación, por pequeño que sea, en la dirección de la fuerza. Así una fuerza sí funciona cuando hay movimiento bajo la acción de la fuerza. El trabajo realizado por una fuerza constante de magnitud F en un punto que se mueve una distancia d en la dirección de la fuerza es el producto:

    \[\mathrm{W=Fd}\]

    Por ejemplo, si una fuerza de 10 newton (F = 10 N) actúa a lo largo del punto que recorre dos metros (d = 2 m), entonces realiza la obra W = (10 N) (2 m) = 20 N m = 20 J. Este es aproximadamente el trabajo realizado levantando un peso de 1 kg desde el suelo hasta sobre la cabeza de una persona contra la fuerza de la gravedad. Observe que la obra se duplica ya sea levantando el doble de peso en la misma distancia o levantando el mismo peso dos veces la distancia.

    El trabajo está estrechamente relacionado con la energía. La conservación de la energía establece que el cambio en la energía interna total de un sistema equivale al calor agregado menos el trabajo realizado por el sistema (ver la primera ley de termodinámica, y):

    imagen

    Lanzador de béisbol: Un lanzador de béisbol sí funciona en una pelota de béisbol lanzando la pelota a alguna fuerza, F, sobre alguna distancia d, que para el campo de béisbol promedio, es de unos 60 pies.

    \[\mathrm{δE=δQ−δW}\]

    También, a partir de la segunda ley de Newton para cuerpos rígidos, se puede demostrar que el trabajo sobre un objeto es igual al cambio en la energía cinética de ese objeto:

    \[\mathrm{W=ΔKE}\]

    El trabajo de fuerzas generadas por una función potencial se conoce como energía potencial y se dice que las fuerzas son conservadoras. Por lo tanto, el trabajo sobre un objeto que se mueve en un campo de fuerza conservador es igual a menos el cambio de energía potencial del objeto:

    \[\mathrm{W=−ΔPE}\]

    Esto demuestra que el trabajo es la energía asociada a la acción de una fuerza, y así lo han hecho las dimensiones físicas y unidades de energía.

    Puntos Clave

    • El trabajo es la transferencia de energía por una fuerza que actúa sobre un objeto a medida que es desplazado.
    • El trabajo realizado por una fuerza es cero si el desplazamiento es cero o perpendicular a la fuerza.
    • El trabajo realizado es positivo si la fuerza y el desplazamiento tienen la misma dirección, y el trabajo realizado es negativo si tienen dirección opuesta.

    Términos Clave

    • energía: Una cantidad que denota la capacidad de hacer trabajo y se mide en una unidad dimensionada en masa × distancia²/tiempo² (ML²/T²) o el equivalente.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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