Teoría Energía y Trabajo

Tema 4. Trabajo y Energía.
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Física 1º de Bachillerato.

TRABAJO Y ENERGÍA
1. Trabajo mecánico.
1.1. Trabajo de una fuerza constante.
1.2. Trabajo de una fuerza variable.
2. Energía.
2.1. Energía cinética.
2.2. Energía potencial.
2.2.1. Energía potencial gravitatoria.
2.2.2. Energía potencial elástica.
2.2.3. Características de las fuerzas conservativas.
2.3. Energía mecánica.Conservación.
2.4. Fuerzas no conservativas. Rozamiento.
3. Potencia.

1.- TRABAJO MECÁNICO
El concepto de trabajo, al igual que vimos con el concepto de fuerza, en la vida diaria es
algo intuitivo que solemos asociar con una actividad que requiera esfuerzo, bien físico o
intelectual. En Física, en cambio, el concepto de trabajo tiene un significado que no siempre
coincide con el del lenguaje común.Para que digamos que se realiza trabajo deben producirse interacciones que produzcan
modificaciones en los cuerpos. Nosotros nos centraremos en el trabajo mecánico que se realiza
cuando se aplica una fuerza y se produce un desplazamiento.
A.1. Indica si se está desarrollando trabajo en las siguientes actividades:
a) Empujamos fuertemente sobre una pared.
b) Levantamos un saco de cemento de 50 kg.
c)Un ventilador conectado a un enchufe comienza a girar.
d) Clavamos un clavo golpeándolo con un martillo.
1.1. TRABAJO DE UNA FUERZA CONSTANTE
El trabajo de una fuerza constante cuyo punto de aplicación se mueve sobre una
trayectoria rectilínea es el producto escalar de la fuerza por el vector desplazamiento:

r r
W = F . ∆ r = F ⋅ ∆r ⋅ cos θ

(I)
r
F

α
El trabajo, por tanto, es una magnitudescalar cuya unidad en el S.I. se llama julio (en honor del
científico británico James P. Joule), y es el trabajo que realiza una fuerza de un newton cuando
su punto de aplicación se desplaza un metro en la misma dirección y sentido que la fuerza.
1J = 1N.1m

COLEGIO MARISTA DE ALICANTE

JOSÉ MANUEL SANTANO LÓPEZ

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A.2. ¿Puede sernulo el trabajo si se realiza fuerza y hay desplazamiento?.
A.3. ¿Puede ser negativo el trabajo que realiza una fuerza?.
A.4. ¿Qué trabajo se realiza al sostener un cuerpo de 8 kg de masa a 1,5 m sobre el suelo durante
1 minuto?.
A.5. Un albañil coge un saco de 10 kg de yeso del suelo y lo levanta cargándoselo a la espalda,
lo traslada hasta la obra que está a 10 m y una vez allí lo descarga y lodeja en el suelo. ¿En qué
caso realiza más trabajo, al levantarlo, al trasladarlo o al bajarlo, suponiendo en todos los casos
que lo realiza con velocidad constante?.
A.6. Un caballo tira de un carro con una fuerza de 2.500 N en una dirección que forma 60º con
la horizontal. Calcula el trabajo realizado cuando el carro ha recorrido 100 m.
Sol: 125 000 J
A.7. Calcula el trabajo que se realiza alelevar un cuerpo de 2 kg de masa hasta una altura de 2m,
si: a) Se eleva verticalmente. b) Se eleva por un plano inclinado 30º (considera despreciable el
rozamiento).
Sol: a) 39,2 J , b) 39,2 J
A.8. ¿Ahorran trabajo las palancas, las rampas o las poleas?.
•

Si sobre un cuerpo actúan varias fuerzas el trabajo total realizado es la suma de los
trabajos realizados por cada una de las fuerzas ycoincide con el trabajo realizado por la
fuerza resultante.
r
r
v
WT = W ( R ) = W ( F1 ) + W ( F2 ) + ...

•

De la expresión ( I ) se deduce que el trabajo realizado por una fuerza es igual al trabajo que
realiza su componente en la dirección del desplazamiento o componente tangencial ( Ft ):

r r
r
W(F) = F. ∆r = F ⋅ ∆r ⋅ cos θ = F . cos θ . ∆ r = Ft . ∆ r = W ( Ft )
r
r
r
r
W ( F ) = W ( Ft ) + W (Fn ) = W ( Ft ) + 0 = W ( Ft )

; también se puede deducir:

r
; ( Fn no realiza trabajo, ya que θ = 90º )

• Si representamos gráficamente ( figura 1) la componente tangencial frente a la posición ( x ),
el trabajo coincide con el área del rectángulo de la gráfica (Ft - x):

r
F

r
Fn
θ

Ft = F . cos θ

Ft

W = F ⋅ ∆X
t

r
Ft
X0

Figura 1

X

A.9. Calcula el trabajo que realiza cada una de las...