TRABAJO Y ENERGIA

1.2 Trabajo y energía

1.2.1 trabajo
Cuando tratamos de arrastrar un bloque con una cuerda, como se observa en la figura 2a, 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, llegara un momento en el que el bloque se desplazara. En este caso hemos logrado algo en realidad a cambio de nuestrosesfuerzos. En física este logro se define como trabajo. El termino trabajo tiene una definición operacional explicita y cuantitativa. Para que se realice un trabajo se debe 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 componente a lo largo del desplazamiento.
4.

Figura 2aEl trabajo realizado por una fuerza F provoca un desplazamiento.

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 de la fuerza en la dirección del desplazamiento.
Trabajo = componente de la fuerza x desplazamiento
Trabajo = FxS
Ejemplo¿Qué trabajo realiza una fuerza de 60 N al arrastrar un bloque como el que aparece en la figura 2a a través de una distancia de 50 m, cuando la fuerza es transmitida por medio de una cuerda que forma un ángulo de 30ocon la horizontal?
Solución
Primero debemos determinar la componente Fx de la fuerza F de 60 N. Solo esta componente contribuye al trabajo. Esto representa gráficamentedibujando a escala un vector de 60 N a un ángulo de 30o. midiendo Fx y convirtiéndola en newton se obtiene.
Fx= 52.0 N
Se puede hacer el mismo cálculo por trigonometría usando la función de coseno:
Fx = (60N) (cos 30°) = 52.0 N
Ahora, aplicando la ecuación (2a), se obtiene el trabajo:
Trabajo = FxS = (52.0 N)(50 m)
= 2600 N . m
Observe que las unidades de trabajo son las unidades de fuerzamultiplicadas por las de distancia. Por lo tanto, en unidades del SI, el trabajo se mide en newtons-metro (N . m). Por convención, esta unidad combinada se llama joule, y se representa con el símbolo J.
Un joule (1 J) es igual al trabajo realizado por una fuerza de un newton al mover un objeto atraves de una distancia paralela de un metro.
En estados unidos, él y trabajo se expresa a vecestambién en unidades del SUEU. Cuando la fuerza se expresa en libras (lb) y el desplazamiento se da en pies (ft), la unidad de trabajo correspondiente se llama libra-pie (ft . lb).
Una libra-pie (1 ft . lb) es igual al trabajo realizado por una fuerza de una libra al mover un objeto a través de una distancia paralela de un pie.

1.2.2 Energía mecánica, energía potencial, energía cinética.Puede pensarse en la energía en algo que se puede convertir en trabajo. Cuando decimos que un objeto tiene energía, eso significa que es capaz de ejercer una fuerza sobre otro objeto para realizar un trabajo sobre él. Por el contrario, si realzamos un trabajo sobre algún objeto, le hemos proporcionado a este una cantidad de energía igual al trabajo realizado. Las unidades de energía son las mismasque las del trabajo: joule y libra-pie.
La energía mecánica de un objeto está asociada a su velocidad y su posición. Resulta imposible observar la energía mecánica de un objeto. Sin embargo, podemos estudiar la energía mecánica cuando se transforma de una a otra o cuando se transfiere de un lugar a otro. A esta transformación o transferencia de energía le llamamos trabajo.
En mecánica nosinteresan dos tipos de energía:
Energía cinética Ek: energía que tiene un cuerpo en virtud de su movimiento.
Energía potencial Ep: energía que tiene un sistema en virtud de su posición o condición.
Se puede pensar en numerosos ejemplos de cada tipo de energía. Por ejemplo, un automóvil en marcha, una bala en movimiento y un volante que gira tienen la capacidad de realizar trabajo a causa de su...