fisica

Definición de trabajo.

Cuando hablamos de trabajo, entendemos que tenemos que utilizar nuestros músculos gastando una cantidad de energía o hacer un cierto esfuerzo para realizar una tarea. Pero esto es el concepto más bien biológico del trabajo.
En física, se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza. Esta puede ser aplicada a unpunto imaginario o a un cuerpo para moverlo. Pero hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones.
T = F. d. Cosα
Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno delángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.
Veamos un ejemplo:
Una fuerza de 20 Newton se aplica a un cuerpo que está apoyado sobre una superficie horizontal y lo mueve 2 metros. El ángulo de la fuerza es de 0 grado con respecto a la horizontal. Calcular el trabajo realizado por dicha fuerza.





T = F. d. Cosα
T = 20 N. 2Mts. Cos0
T = 40 NM. = 40 J (Joule).
Cuando la distancia se mide en metros y la fuerza en Newton, el trabajo se mide en joule.
Ahora supongamos que en el mismo problema usamos un ángulo distinto de 0. 
Por ejemplo 30 grados.

T = 20 N. 2 Mts. Cos30
T = 20 N. 2 Mts. 0.891
T = 35.64 J.
Se puede ver que el valor varía. Y si usáramos 90 grados el trabajo se anularía por completo ya que el cosenode 90 es igual a cero.











Trabajo realizado por una fuerza constante.

Consideremos que alguien empuja un cuerpo (partícula) ejerciéndole una fuerza constante  en la dirección del movimiento (ver figura 1 a). Si la magnitud del desplazamiento del cuerpo es igual a d (ver figura 1 b) , decimos que dicha fuerza realiza un trabajo (W) sobre éste igual al producto de la magnitudde la fuerza (F) por la magnitud del desplazamiento (d) .




 
Es decir, el trabajo realizado por la fuerza en dicho recorrido es igual a:

Debemos insistir en que esta expresión para calcular trabajo sólo es válida para fuerzas constantes y que actúan en la dirección del movimiento. Las fuerzas normales (perpendiculares) al desplazamiento no realizan trabajo. Además debemos deducir dela definición de trabajo que esta magnitud física es escalar
En el caso de nuestro ejemplo, sobre el cuerpo, simultáneamente a la fuerza que ejerce la persona, actúan otras tres fuerzas: la fuerza normal y la fuerza de rozamiento (ejercidas por el piso) y la fuerza de gravedad o peso (ejercida por el planeta tierra). De la definición anterior concluimos que el trabajo realizado por el peso y porla fuerza normal es nulo, ya que estas fuerzas son perpendiculares al desplazamiento. El trabajo realizado por la fuerza de rozamiento sería negativo, pues ésta ejerce en sentido contrario del desplazamiento. Es decir:

Surge la siguiente pregunta: ¿qué sucede si la fuerza constante forma un ángulo cualquiera con el desplazamiento? ?cómo se calcularía el trabajo realizado por ella? ¿O será queno realiza trabajo?
Para responder esta pregunta, imaginémonos que halamos un cuerpo con una cuerda como se ilustra en la figura 2 a.




Si el cuerpo se desplaza como se ilustra en la figura 2 b, el trabajo realizado por la fuerza constante, se calcula como sigue,

en donde F es la magnitud de la fuerza, d la magnitud del desplazamiento y  el ángulo entre los vectores fuerza ydesplazamiento. Los casos que analizamos en el ejemplo anterior serían casos particulares de este. Por ejemplo para el caso de las fuerzas perpendiculares al desplazamiento, , por lo que el trabajo daría nulo. Para el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento, , por lo que el trabajo sería negativo ( )
La unidad de trabajo en el SI (Sistema Internacional) es el Joule, abreviado J:
1 J = (1 Newton)(1...