Trabajo Y Energia

4.1.- TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE:





Trabajo:
La palabra trabajo tiene diferentes significados en el lenguaje cotidiano, en física se le da un significado específico como el resultado de la acción que ejerce una fuerza para que un objeto se mueva en cierta distancia.
También se puede decir que el trabajo es el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y el desplazamientode este cuerpo en dirección de la fuerza aplicada. Mientras se realiza un trabajo sobre el cuerpo, se produce una transformación de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es “energía en movimiento”. Las unidades de trabajo son las mismas que las de energía.

Un ejemplo cotidiano de trabajo sería el levantar una caja desde el piso al borde de una mesa: se realiza una fuerza paravencer el peso de la caja y elevarla a una cierta altura para colocarla sobre la mesa.

Dentro del trabajo nos encontramos es trabajo realizado por una fuerza variable ó el trabajo realizado por una fuerza constante.
Nos referimos a una fuerza constante como aquella que no varía y el trabajo realizado por esta sería definida como el producto de una fuerza paralela al desplazamiento y la magnitudde este desplazamiento. Una forma de decirlo científicamente ó en formula sería: T = Fd * cos

Donde F es la fuerza aplicada que será constante, y D el desplazamiento de la partícula y el ángulo entre las direcciones de la fuerza y el desplazamiento.
F = 30 Nw.





1.-Trabajo realizado por una Fuerza Constante:
Consideremos que alguien empuja un cuerpo (partícula) ejerciéndole una fuerzaconstante  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 magnitud de la fuerza (F) por la magnitud del desplazamiento (d) .


Figura 1 a
Figura 1 b
 
Es decir, el trabajo realizado por la fuerza en dicho recorrido es igual a:

Debemos insistiren 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 de la definición de trabajo que esta magnitud físca es escalar
En el caso de nuestro ejemplo, sobre el cuerpo, simultánemante a la fuerza que ejerce la persona, actúanotras 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 por la 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 ensentido contarrio del desplazamieento. Es decir:

Surge la siguiente pregunta: ¿qué sucede si la fuerza constante forma un ángulo cualquiera con el desplazamiento? ?cómo se clacularía el trabajo realizado por ella? ¿ o será que no realiza trabajo?



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

en donde F es la magnitud de la fuerza, d la magnitud del desplazamiento y  el ángulo entre los vectores fuerza y desplazamiento. 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 eltrabajo sería negativo ( )
La unidad de trabajo en el SI (Sistema Internacional) es el Joule, abreviado J:
1 J = (1 Newton)(1 metro)= 1 N. m
La unidad de trabajo en el cgs es el ergio:
1 ergio = (1 dina)(1 cm) =1 d.cm
Fácilmente se puede deducir que 1 J = 107ergios.
Interpretación gráfica del trabajo:
Si graficamos la magnitud de la fuerza constante F contra la magnitud del desplazamiento x del...