Bachiller

1. Introducción

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 resolviendo elproblema. 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 se pueden usar las ecuaciones de lacinemática 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. Las nociones de trabajo y energía por intervenir en todas las partes del estudio de la física se consideran como losconceptos más trascendentales de que se ocupa esta ciencia.

En toda idea de trabajo intervienen siempre como elementos una fuerza, un cuerpo, o punto material a que se aplica y un efecto obtenido que se manifiesta por un desplazamiento del punto o cuerpo en la dirección de la fuerza aplicada; son efectos de trabajo mecánico: levantar un ladrillo para colocarlo sobre una mesa, arrastrar una caja,etc. Se produce un trabajo mecánico, cuando una fuerza se desplaza y ocasiona un movimiento. Las unidades de trabajo son variadas; entre ellas, el Joule, son los más usados. Energía es la capacidad para producir un trabajo. El trabajo en los seres vivos, resulta de la aplicación de la energía consumida a los múltiplos de los movimientos.

En el lenguaje popular o corriente la expresión trabajose aplica a cualquier esfuerzo físico o mental que se hace en orden a producir un determinado resultado. Así por ejemplo, cuando una persona intenta levantar una piedra sin lograrlo, se dice que ha trabajado mucho y a los estudiantes se les oye decir: me costó mucho trabajo leer la lección de geografía. Lo contrario ocurre en la Física, cuando se dice que se realiza un trabajo, quiere decir que setransfiere energía de un cuerpo al otro, y como consecuencia de esto el cuerpo logra desplazarse.

Gran parte de la energía se convierte en calor que eleva la temperatura del cuerpo en unos animales, o se pierde casi todo en los demás y en las plantas. Siempre que una fuerza produce algún movimiento; siempre que se desplaza el punto de aplicación de alguna fuerza. Hay trabajo, cuando un obrerotira de un cable y levanta un bloque de piedra. No hay trabajo aunque si fuerza, cuando el bloque de piedra permanece colgado toda la noche.

Uno de los primeros físicos en estudiar este campo fue el Inglés James Prescott Joule, razón por la cual dicha unidad lleva su nombre. Logró establecer el principio de la conservación de la energía, el equivalente mecánico de calor y otras formas deenergía.

También estudió la relación cuantitativa entre los efectos eléctricos, mecánicos y químicos del calor, y culminaron cuando anunció la cantidad de trabajo necesario para producir una unidad de calor.
2. Trabajo

Definición: El trabajo físicamente considerado, es una magnitud directamente proporcional a la fuerza, y al espacio recorrido por el punto de aplicación de dicha fuerza en sumisma dirección.

Fórmula: W = F * r

W: Trabajo (Joule)
F: Fuerza (N)
r: Distancia-Desplazamiento (m)

W = N * m
W = Joule

Problema.- Determine el trabajo que realiza una fuerza de 45N aplicada a un cuerpo que se desplaza a lo largo del plano horizontal, si el cuerpo recorre 4.35m.

Datos:

W = ?
F = 45N
r = 4.35m

W = F * d

W = 45N * 4.35m

W = 195.75 Nm

W =...