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Introducción

Ejemplos como empujar un sofá o empujar un automóvil concuerdan con el significado cotidiano de trabajo: cualquier actividad que requiere esfuerzo muscular o mental. En física el trabajo tiene una definición mucho más precisa. Al utilizar esa definición, descubriremos que, en cualquier movimiento, por complicado que sea, el trabajo total realizado sobre una partícula por todaslas fuerzas que actúan sobre ella es igual al cambio en su energía cinética: una cantidad relacionada con la rapidez de la partícula. Esta relación se cumple aun cuando dichas fuerzas no sean constantes, que es una situación que puede ser difícil o imposible de manejar con técnicas ya conocidas. Los conceptos de trabajo y energía cinética nos permitirán resolver problemas de mecánica que nopodríamos haber abordado antes.
Más adelante en este capítulo deduciremos la relación entre trabajo y energía cinética, y la aplicaremos después en problemas donde las fuerzas no son constantes.
Los tres ejemplos de trabajo antes mencionados —mover un sofá, levantar una pila libros y empujar un automóvil— tienen algo en común. En ellos realizamos trabajo ejerciendo una fuerza sobre un cuerpo mientras éstese mueve de un lugar a otro, es decir, sufre un desplazamiento (figura 6.1). Efectuamos más trabajo si la fuerza es mayor (empujamos más fuerte el auto) o si el desplazamiento es mayor (lo empujamos una mayor distancia).
El físico define el trabajo con base en estas observaciones. Considere un cuerpo que sufre un desplazamiento de magnitud s en línea recta. Mientras el cuerpo se mueve, una fuerzaconstante actúa sobre él en la dirección del desplazamiento. Definimos el trabajo W realizado por esta fuerza constante en dichas condiciones como el producto de la magnitud F de la fuerza y la magnitud s del desplazamiento:
(fuerza constante en dirección del desplazamiento rectilíneo)
El trabajo efectuado sobre el cuerpo es mayor si la fuerza F o el desplazamiento s son mayores, lo quecoincide con nuestras observaciones anteriores.

Objetivos


Determinar experimentalmente la gráfica del comportamiento de la fuerza de un resorte en función de su deformación.
Obtener experimentalmente el valor numérico del coeficiente de fricción dinámico entre dos superficies secas mediante la aplicación del método del trabajo y energía.
Obtener las pérdidas de energía mecánica que se producen porel efecto de la fuerza de fricción.
Calcular la rapidez instantánea de un cuerpo durante su movimiento en una determinada posición de su trayectoria.

Desarrollo

Para la actividad uno se armó un sistema en el cual estaba conectado en uno de los extremos el resorte al plano de sujeción, el cual tenía papel milimétrico y del otro lado se acopló el dinamómetro previamente calibrado, tal y comose ilustra en la imagen del lado izquierdo. De manera horizontal, se fueron aplicando fuerzas, empezando con un 1[N], al mismo tiempo se tomó nota del desplazamiento que había con respecto a la longitud inicial del resorte. Realizando diversas iteraciones, cada una con un incremento de 1[N] a la fuerza aplicada y nuevamente haciendo anotaciones del desplazamiento. Una vez que realizaron 10iteraciones, se logró recabar la información de la Tabla 1 de la sección Tablas y/o gráficas.
Para la parte dos de la actividad se armó un sistema como el que se muestra en la imagen de la derecha el cual estaba conformado por una barra, un bloque móvil y un resorte, uniendo el resorte a la barra fija de metal y estirando el bloque de madera una distancia inicial de 95[cm], soltándolo y midiendoel alcance máximo del bloque, realizando este proceso nueve veces más, anotando en cada evento el alcancé máximo del bloque de madera. Recabando todos los datos obtenidos durante esta actividad, se logró hacer la Tabla 2 de la sección de Tablas y/o gráficas en la cual se añadió el valor de la masa del bloque de madera que fue de 100.75 [g].

Cuestionario
1. Con los datos consignados en la...