ing. industrial

Trabajo, energía y potencia
OBJETIVOS
Después de completar el estudio de este capítulo el alumno:
1. Definirá y escribirá las fórmulas matemáticas para trabajo, energía potencial, energía cinética y potencia.
2. Aplicará los conceptos de trabajo, energía y potencia para resolver problemas similares a los que se presentan en el texto como ejemplos en el texto.
3. Definirá y demostrará pormedio de ejemplos su conocimiento de las siguientes unidades: joule, libra-pie, watt, caballo de fuerza y libra-pie por segundo.
4. Analizará y aplicará sus conocimientos sobre la relación entre la realización de un trabajo y el cambio correspondiente en la energía cinética.
5. Analizará y aplicará su conocimiento del principio de la conservación de la energía mecánica.
6. Determinará lapotencia de un sistema y comprenderá su relación con el tiempo, la fuerza, la distancia y la velocidad.
La razón principal por la cual se aplica una fuerza resultante es provocar un desplazamiento. Por ejemplo, una enorme grúa que levanta una viga de acero hasta la azotea de un edificio; el compresor de un acondicionador de aire que fuerza el paso de un fluido a través de su ciclo de enfriamiento, y lasfuerzas electromagnéticas que mueven electrones a través de la pantalla de un televisor. Como aprenderemos aquí, siempre que una fuerza actúa a distancia se realiza un trabajo, el cual es posible predecir o medir. La capacidad de realizar trabajo se define como energía y el ritmo al cual se lleva a cabo será definido como potencia. En la actualidad, el uso y el control de la energía esprobablemente el principal interés de la industria, por lo que es esencial comprender a fondo los conceptos de trabajo, energía y potencia.
8-1 TRABAJO
Cuando tratamos de arrastrar un bloque con una cuerda, como se observa en la figura 8-la, no pasa nada. Estamos ejerciendo una fuerza y sin embargo el bloque no se ha movido. Por otra parte, si incrementamos en forma continua esta fuerza, llegará unmomento en que el bloque se desplazará. En este caso hemos logrado algo en realidad a cambio de nuestros esfuerzos. En física este logro se define como trabajo. El término trabajo tiene una definición operacional explícita y cuantitativa. Para que se realice un trabajo se deben cumplir tres requisitos:
1. Debe haber una fuerza aplicada.
2. La fuerza debe actuar a través de cierta distancia,llamada desplazamiento.
3. La fuerza debe tener una componente a lo largo del desplazamiento.

Figura 8-1 El trabajo realizado por una fuerza F provoca un desplazamiento s. (VER FIGURA EN TIPPENS)
Suponiendo que se cumplan esas condiciones, se puede dar una definición formal de trabajo:
Trabajo es una cantidad escalar igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y de la componente dela fuerza en la dirección del desplazamiento.
Trabajo = Componente de la fuerza X desplazamiento
Trabajo = Fxs 8-1
En esta ecuación, Fx es la componente de F a lo largo del desplazamiento 5. En la figura 8-1, únicamente Fx contribuye al trabajo. Su magnitud puede determinarse por trigonometría, y el trabajo se puede expresar en términos del ángulo θ formado entre F y s:
Trabajo = (F Cos θ)s8-2
Con mucha frecuencia, la fuerza que realiza el trabajo está dirigida íntegramente a lo largo del desplazamiento. Esto sucede cuando un peso es elevado en forma vertical, o cuando una fuerza horizontal arrastra un objeto por el piso. En estos casos sencillos, Fx = F, y el trabajo es simplemente el producto de la fuerza por el desplazamiento:
Trabajo = Fs 8-3
Otro caso especial se presentacuando la fuerza aplicada es perpendicular al desplazamiento. En esta situación, el trabajo será de cero, puesto que Fx = 0. Un ejemplo es el movimiento paralelo a la superficie terrestre, en el cual la gravedad actúa verticalmente hacia abajo y es perpendicular a todos los desplazamientos horizontales. En esos casos, la fuerza de gravedad no influye.
EJEMPLO 8-1
¿Qué trabajo realiza una...