Trabajo Y Energia

TRABAJO Y ENERGIA
El objetivo fundamental de la Mecánica es describir el estado de movimiento de los cuerpos a partir del hecho de conocer las fuerzas que actúan 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 seestaría resolviendo el problema.
Los conceptos de trabajo y energía se fundamentan en las Leyes de Newton, por lo que no se requiere ningún principio físico nuevo. Con el uso de estas dos magnitudes físicas, 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 sepueden usar las ecuaciones de la cinemática anteriormente estudiadas. En este caso se debe usar el proceso matemático de integración para resolver la segunda Ley de Newton. Ejemplos de fuerzas variables son aquellas que varían con la posición, comunes en la naturaleza, como la fuerza gravitacional o las fuerzas elásticas.

TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE
Si la fuerza que actúa sobreuna 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 por efecto de la fuerza (ver figura 1), entonces se dice que la fuerza ha realizado un trabajo W sobre la partícula de masa m, que en este caso particular se define como:


Figura 1: Fuerza horizontal constante que realiza undesplazamiento x.
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 la dirección paralela al movimiento, como se ve en la figura 5.2a. La componente Fy de la fuerza, perpendicular al desplazamiento, no realiza trabajo sobre el cuerpo.

Figura 2: Fuerza constante que forma un ángulo θ con el desplazamiento x.Si α es el ángulo medido desde el desplazamiento x hacia la fuerza F, el valor del trabajo W es ahora:

TRABAJO REALIZADO POR LA FUERZA DE FRICCIÓN

Figura 3: Cuerpo en movimiento sobre una superficie rugosa.
En este caso se tiene que
De acuerdo con todo lo anterior, se pueden obtener las siguientes conclusiones:
a) si θ = 0º, es decir, si o una componente de ésta es paralela a ladirección en la cual se desplaza el cuerpo, entonces ;
b) si θ = 90º, es decir, si o una componente de ésta es perpendicular a la dirección en la cual se desplaza el cuerpo, entonces dicha fuerza no se realiza trabajo;
c) si la fuerza aplicada sobre el cuerpo no lo mueve, no realiza trabajo ya que el desplazamiento es cero;
d) si 0 < θ < 90º, es decir, si tiene una componente en la mismadirección del desplazamiento, el trabajo es positivo;
e) si 90º < θ < 180º, es decir, si tiene una componente opuesta a la dirección del desplazamiento, el trabajo es negativo.
De estas conclusiones se deduce que el trabajo, para una fuerza constante, se puede expresar de la siguiente forma:

 También es importante resaltar que el trabajo es una magnitud física escalar y que susunidades en el Sistema Internacional de Unidades es julio o joule (J) .

1J=1N×1m
TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA VARIABLE
Consideremos una partícula que se mueve baja la acción de una fuerza variable, como se muestra en la figura.

Figura 4: Fuerza variable que forma un ángulo θ con el desplazamiento r.

Cuando debido a la fuerza aplicada, la partícula sufre un desplazamiento (verfigura 3b), entonces la fuerza ha realizado un trabajo sobre dicha partícula, el cual viene dado por el producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento.

El trabajo total a lo largo de la trayectoria entre los puntos A y B es la suma de todos los trabajos infinitesimales.

ENERGÍA CINÉTICA
Consideremos un cuerpo que se desplaza bajo la acción de una fuerza neta constante. Cuando...