Trabajo, potencia y energia

TRABAJO
En nuestra vida cotidiana, utilizamos la palabra TRABAJO para expresar muchas cosas; por ejemplo, una persona dirá que ha trabajado intensamente al tratar de levantar un objeto sin haberlo logrado a pesar de haber hecho un gran esfuerzo. Para un físico, dicha persona no realizo propiamente un trabajo porque para la física, el concepto trabajo mide cuantitativamente el efecto espacial deuna fuerza sobre un proceso.
El problema fundamental de la Mecánica es describir como se moverán los cuerpos si se conocen las fuerzas aplicadas sobre él. La forma de hacerlo es aplicando la segunda Ley de Newton, pero si la fuerza no es constante, es decir la aceleración no es constante, no es fácil determinar la velocidad del cuerpo ni tampoco su posición, por lo que no se estaría resolviendoel problema.
El concepto de trabajo científicamente utilizado es diferente al que se tiene sobre toda actividad donde se realice esfuerzo corporal, ya que se fundamenta en las Leyes de Newton, por lo que no se requiere ningún principio físico nuevo. Con el uso de esta magnitud física, se tiene un método alternativo para describir el movimiento, espacialmente útil cuando la fuerza no es constante,ya que en estas condiciones la aceleración no es constante y no se pueden usar las ecuaciones de la cinemática anteriormente estudiadas. Ejemplos de fuerzas variables son aquellas que varían con la posición, comunes en la naturaleza, como la fuerza gravitacional o las fuerzas elásticas.
Entonces definimos por trabajo el producto de la fuerza por el desplazamiento.
Si el punto de aplicación dela fuerza no se desplaza, decimos que la fuerza ha efectuado una presión o una tracción, es decir un esfuerzo, pero no se puede hablar de trabajo.

TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE.
Si la fuerza F que actúa sobre una partícula es constante (en magnitud y dirección) el movimiento se realiza en línea recta en la dirección de la fuerza. Si la partícula se desplaza una distancia x porefecto de la fuerza F, entonces se dice que la fuerza ha realizado trabajo W sobre la partícula de masa m, que en este caso particular se define como el producto de la fuerza por el desplazamiento y su expresión matemática es:

Si la fuerza constante no actúa en la dirección del movimiento, el trabajo que se realiza es debido a la componente x de la fuerza en ladirección paralela al movimiento, como se ve en la figura 2. La componente y de la fuerza, perpendicular al desplazamiento, no realiza trabajo sobre el cuerpo.

Si θ es el ángulo medido desde el desplazamiento d hacia la fuerza F, el valor del trabajo W es ahora:


De acuerdo a la ecuación anterior, se pueden obtener las siguientes conclusiones:

Si θ = 0º, es decir, si lafuerza, como en la figura 1, o una componente de la fuerza, es paralela al movimiento, W = (F.x cos 0) = F. x;
Si θ = 90º, es decir, si la fuerza o una componente de la fuerza es perpendicular al movimiento, W = (F.x cos90) = 0, no se realiza trabajo;
Si la fuerza aplicada sobre el cuerpo no lo mueve, no realiza trabajo ya que el desplazamiento es cero;
Si 0 < θ < 90º, es decir, si la fuerzatiene una componente en la misma dirección del desplazamiento, el trabajo es positivo;
Si 90º < θ < 180º, es decir, si la fuerza tiene una componente opuesta a la dirección del desplazamiento, el trabajo es negativo.

El trabajo es una magnitud física escalar, obtenido del producto escalar de los vectores fuerza y posición. De la expresión anterior, por la definición de producto escalar, quedaclaro que el trabajo puede ser positivo, negativo o cero. Otras fuerzas actúan sobre el cuerpo de masa m (peso, roce, normal, etc.), por lo que la ecuación anterior se refiere sólo al trabajo de la fuerza F en particular; las otras fuerzas también pueden realizar trabajo. En la figura 2 las fuerzas peso y normal no realizan trabajo ya que son perpendiculares al desplazamiento y la fuerza de roce...