guia de fisica

F Í S I C A

M E C Á N I C A

TEXTO Nº 6

TRABAJO Y ENERGÍA
MECÁNICA
Conceptos Básicos
Ejercicios Resueltos
Ejercicios Propuestos

Edicta Arriagada D. Victor Peralta A
Diciembre 2008
Sede Maipú, Santiago de Chile

1

Introducción

M E C Á N I C A

Este material ha sido construido pensando en el estudiante de nivel técnico de las
carreras de INACAP. El objetivo principal deeste trabajo es que el alumno adquiera y
desarrolle la técnica para resolver problemas diversos de la unidad de Trabajo y
Energía. En lo particular pretende que el alumno logre el aprendizaje indicado en los
criterios de evaluación (referidos al cálculo de variables) del programa de la asignatura
Física Mecánica.
El desarrollo de los contenidos ha sido elaborado utilizando un lenguaje simpleque
permita la comprensión de los conceptos involucrados en la resolución de problemas. Se
presenta una síntesis inmediata de los conceptos fundamentales de Trabajo y Energía
partículas, seguida de ejemplos y problemas resueltos que presentan un procedimiento
de solución sistemático que va desde un nivel elemental hasta situaciones más

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complejas, esto, sin saltar los pasosalgebraicos que tanto complican al alumno, se
finaliza con problemas propuestos incluyendo sus respectivas soluciones.

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TRABAJO Y POTENCIA
En física el concepto de trabajo no es tan amplio como lo es en la vida diaria, en física se
r
denomina trabajo mecánico y se dice que se produce cuando una fuerza F experimenta
r
un desplazamiento r a lo largo desu recta de acción o componente de ella.
El trabajo mecánico es una magnitud escalar que se simboliza por W y se define por:

r r
W = F ⋅ r ⋅ cos θ = F • r
Donde:

r
F = magnitud o módulo de la fuerza F

r
r = magnitud o módulo del desplazamiento r

r

r

θ = ángulo formado entre los vectores fuerza F y desplazamiento r

La definición anterior permite notar que no se realizatrabajo mecánico (trabajo nulo)
cuando el vector fuerza y el vector desplazamiento forman un ángulo recto ( θ = 90º ), ya
que cos 90º = 0 , es decir:

r
r
r
Si F ⊥ r , entonces la fuerza F no se realiza trabajo mecánico ( W = 0 )

Unidades de trabajo mecánico:
Trabajo
mecánico

CGS

MKS

r r
W = F •r

d ⋅ cm = erg

N ⋅ m = joule = J

TEC. METRICO

TEC.
INGLES

kp ⋅ m =kilogrametro = kgm librapie = lbpie

1kgm = 9,8 J = 9,8 × 10 7 erg
1 J = 10 7 erg

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Trabajo motor:
Cuando el sentido de la fuerza coincide con el sentido del desplazamiento, entonces el
trabajo se llama trabajo motor, ejemplo la fuerza ejercida para levantar un cuerpo, la

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fuerza realizada para alargar un resorte, etc.

La fuerza F realiza trabajomotor

F

h

Trabajo resistente:
Cuando el sentido de la fuerza es contrario al sentido del desplazamiento, entonces el
trabajo se llama resistente, ejemplo el trabajo realizado por la fuerza de fricción, al
arrastrar un cuerpo sobre una superficie rugosa, el trabajo realizado por el peso de un
cuerpo, al ser levantado

El peso mg realiza trabajo resistente

F

mg
h

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Ejemplo1

F Í S I C A

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r
Una fuerza constante F = 20 N paralela al eje x actúa sobre un cuerpo, tal como indica la
figura, si el cuerpo experimenta un desplazamiento de 12 metros en el mismo sentido de
la fuerza F ¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza F ? Despreciar efectos de fricción.

F = 20 N

x

Solución:
Movimiento

F = 20 N

La
situación
planteada
xcorrespon
de al caso
r = 12m
más
simple
respecto al cálculo de trabajo mecánico realizado por una fuerza constante, la solución
consiste en aplicar directamente la definición antes indicada, es decir:
W = F ⋅ r ⋅ cos θ

Se conocen todos los valores involucrados en la definición:
r
Fuerza F = 20 N ; desplazamiento r = 12m y el ángulo θ = 0º

Reemplazando estos valores y multiplicando...