fisica

Trabajo y energía
Es importante señalar que los conceptos de trabajo y energía se fundamentan en
las leyes de Newton y por ello no implican ningún nuevo principio.
Este método alternativo de descripción del movimiento es en especial útil cuando
la fuerza que actúa sobre una partícula no es constante. Es decir, cuando la
aceleración no es constante y en consecuencia no se pueden aplicar lasecuaciones de la cinemática. Con frecuencia, en la naturaleza una partícula está
sujeta a una fuerza que varía con la posición de la misma. Dichas fuerzas incluyen
a las gravitacionales y a la fuerza ejercida sobre un objeto unido a un resorte.
Describiremos técnicas para tratar estos sistemas con la ayuda de un desarrollo
sumamente importante conocido como teorema del trabajo y la energía,tema
central de este capítulo.

Energía
La energía está presente en nuestra vida cotidiana en varias formas. La energía
eléctrica para la iluminación, la energía almacenada en la batería para encender el
motor de un vehículo, la energía eléctrica para que funcione el aparato de aire
acondicionado que saca el calor de los edificios, etc.
En la física, la energía se clasifica en diferentestipos. La energía mecánica, la
electromagnética, la química, la térmica, la nuclear, etc. Además, una forma de
energía puede convertirse en otra. Por ejemplo, cuando un motor eléctrico se
conecta a una batería, la energía química se transforma en energía eléctrica, la
cual, a su vez, se puede convertir en energía mecánica. La transformación de
energía de una forma a otra es una parte esencialdel estudio de la física, la
ingeniería, la química, la biología, la geología, etc. Cuando la energía cambia de
una forma a otra, su cantidad total permanece igual. Cualquier forma de energía
es una cantidad escalar.

Trabajo
En la vida cotidiana, trabajo es lo que se asocia con hacer un esfuerzo. Caminar,
trasladar un objeto de un lugar a otro, dirigir el tráfico en la calle, enseñar, estaren
una oficina moviendo papeles o tecleando en una computadora.
En física, un trabajo es efectuado por una fuerza que actúa sobre un objeto
siempre y cuando haga que el objeto se mueva alguna distancia.
Trabajo efectuado por una fuerza constante
Considere una partícula que experimenta un desplazamiento s a lo largo de una
línea recta mientras actúa sobre ella una fuerza constante F queapunta en la
dirección del movimiento. El trabajo efectuado es igual al producto de la fuerza y la
magnitud del desplazamiento. Es decir

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W = F⋅s

(1.1)

En realidad, dado que la fuerza es un vector, el trabajo W efectuado por un agente
que ejerce una fuerza constante, véase la figura 1, es igual al producto de la
componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento ( F ⋅ cosθ )y la
magnitud del desplazamiento (s). Es decir
W = F ⋅ s ⋅ cosθ

(1.2)

F

θ
Fcos θ

S

Figura 1.
A partir de esta definición vemos que no se hace trabajo cuando se aplica una
fuerza sobre un objeto y este no se mueve. Por ejemplo, si una persona empuja
un muro de ladrillo, se ejerce una fuerza sobre la pared; pero, si la pared no se
mueve, la persona no hace trabajo. Nótesetambién que el trabajo hecho por una
fuerza es cero cuando la misma es perpendicular al desplazamiento. Es decir, si
θ = 90°, entonces W = 0 ya que cos 90° = 0. Por ejemplo, en la figura 2, el trabajo
hecho por la fuerza normal y por la fuerza de la gravedad son cero debido a que
ambas fuerzas son perpendiculares al desplazamiento y tienen componentes cero
en la dirección del movimiento.
Trabajoefectuado por una fuerza variable
Considere una partícula que se desplaza a lo largo del eje x bajo la acción de una
fuerza variable, que varía como se muestra en la figura 2. La partícula se mueve
en la dirección creciente de x desde x = xi hasta x = xf.
Debido a que la fuerza no es constante, no se puede usar la ecuación (1.2) para
calcular el trabajo realizado por la fuerza debido a que...