CAP6_TRABAJO Y ENERGIA CINÉTICA_1BBB

TRABAJO Y ENERGIA CINÉTICA

6.1 Trabajo
Trabajo total

6.2 Energía cinética y el teorema trabajo-energía

6.3 Trabajo y energía con fuerza variable
Trabajo efectuado por una fuerza variable, movimiento rectilíneo
Teorema trabajo-energía para movimiento rectilíneo, con fuerzas variables
Teorema trabajo-energía para movimientos en una curva

6.4 Potencia

TRABAJO Y ENERGIA CINÉTICA
El nuevo métodoque vamos a presentar usa las ideas de trabajo y energía. La importancia
del concepto de energía surge del principio de conservación de la energía: la energía es una cantidad que se
puede convertir de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse.
En un motor de automóvil, la energía química almacenada en el combustible se convierte parcialmente en la
energía del movimiento del auto, yparcialmente en energía térmica. En un horno de microondas, la energía
electromagnética obtenida de la compañía de electricidad se convierte en energía térmica en el alimento cocido. En
éstos y todos los demás procesos, la energía total —es la suma de toda la energía presente en diferentes
formas— no cambia. Todavía no se ha hallado ninguna excepción.
Usaremos el concepto de energía en el resto dellibro para estudiar una amplísima gama de fenómenos físicos. La
energía nos ayudará a entender por qué un abrigo nos mantiene calientes, cómo el flash de una cámara produce
un destello de luz, y el significado de la famosa ecuación de Einstein 𝑬 = 𝒎𝒄𝟐 .

En esta parte, nos concentraremos en la mecánica. Conoceremos una importante forma de energía, la
energía cinética o la energía de movimiento, y surelación con el concepto de trabajo. También consideraremos la
potencia, que es la rapidez con que se realiza trabajo. Después ampliaremos las ideas de trabajo y energía cinética,
para comprender más a fondo los conceptos de energía y conservación de la energía.

6.1 TRABAJO
El trabajo total realizado sobre una partícula por todas las fuerzas que actúan sobre ella es igual al cambio
en suenergía cinética: una cantidad relacionada con la rapidez de la partícula.
Esta relación se cumple aún cuando dichas fuerzas no sean constantes, que es una situación que puede ser difícil o
imposible de manejar con las técnicas que estudiamos en las leyes de Newton.
En esta sección aprenderemos cómo se define el trabajo y cómo se calcula en diversas situaciones que implican
fuerzas constantes. Despuésdeduciremos la relación entre trabajo y energía cinética, y la aplicaremos en
problemas donde las fuerzas no son constantes.
El físico define el trabajo con base en estas observaciones. Considere un cuerpo que sufre un desplazamiento
de magnitud 𝒔 en línea recta. (cuerpo que puede tratarse como partícula y despreciaremos cualquier rotación o
cambio en la forma del cuerpo.) Mientras el cuerpo se mueve,una fuerza constante 𝑭 actúa sobre él en la
dirección del desplazamiento 𝒔 (figura 6.2).
Si un cuerpo se mueve con un desplazamiento 𝒔 mientras una fuerza constante 𝑭 actúa sobre él en la misma
dirección , el trabajo realizado por la fuerza sobre el cuerpo es 𝑾 = 𝑭𝒔.

𝑭
figura 6.2

𝒔
Definimos el trabajo W realizado por esta fuerza constante en dichas condiciones como el producto de la magnitud
F dela fuerza y la magnitud s del desplazamiento:
𝑾 = 𝑭𝒔.

(fuerza constante en dirección del desplazamiento rectilíneo) (6.1)

El trabajo efectuado sobre el cuerpo es mayor si la fuerza 𝑭 o el desplazamiento 𝒔 son mayores, lo que coincide con nuestras
observaciones anteriores.

La unidad de trabajo en el SI es el joule. 1 joule equivale a un newton-metro. En el sistema británico,
la unidad detrabajo es el pie-libra.
Como ilustración de la ecuación (6.1), pensemos en una persona que empuja un automóvil averiado.
Si lo empuja a lo largo de un desplazamiento 𝒔 con una fuerza constante 𝑭 en la dirección del movimiento, la
cantidad de trabajo que efectúa sobre el auto está dada por la ecuación (6.1): 𝑾 = 𝑭 𝒔.

Sin embargo, ¿y si la persona hubiera empujado con un ángulo 𝝓 con respecto al...