tranmisión de energia

CAPITULO 8

Trabajo y transmisión
de energía

8.1. Trabajo realizado por una fuerza constante

Cuando una fuerza hace que un objeto se mueva, se dice que la fuerza ha efectuado un trabajo. No hay trabajo si no hay movimiento. Así, en el taller, se efectúa trabajo en toda operación a máquina puesto que la fuerza y el movimiento son ambos esenciales en estas operaciones, por ejemplo,efectúa trabajo:

a) la cortadora de una fresadora a medida que gira y corta el metal desde una componente que atraviesa más allá del árbol.
b) Una herramienta de torno que corta una pieza girando más allá de su extremo.
c) Una broca que gira y perfora un hueco
d) Un artesano que pule una pieza de metal sujeta en una prensa de tornillo

La cantidad de trabajo efectuado es igual alproducto de la fuerza por la distancia recorrida en la dirección de la fuerza. En unidades SI la fuerza se mide en newtons (N) y la distancia en metros (m) en consecuencia, el trabajo efectuado en newton metros (Nm) es igual al producto de la fuerza F en newtons por la distancia d en metros. La unidad newton metro es conocida como joule (J) cuando se usa como medida de trabajo o de energía, dondeenergía es la capacidad para efectuar trabajo. Por lo tanto

Trabajo efectuado = Fd joules

Si la fuerza está inclinada con respecto a la dirección del movimiento como en el mecanismo de deslizador simple que se muestra en la figura 8.1 la fórmula del trabajo efectuado tendrá que modificarse, ya que será necesario encontrar la componente de la fuerza F colineal con la dirección delmovimiento.

Suponiendo que la fuerza F se aplica formando un ángulo constante θ con la dirección del movimiento

Trabajo efectuado en el deslizador = dF cos θ joules

Pieza corrediza obligada a
Moverse horizontalmente




Figura 8.1
Ejemplo 1
El operador de una perforadora levanta la mesa de trabajo una distancia de 400mm. Si la mesa tiene 70Kg de masa, calcúlese el trabajo realizado allevantar la mesa.

Para levantar la mesa el operador tiene que vencer la fuerza de gravedad (peso) de la mesa que es igual a 70 x 9.81 N:

Distancia recorrida = 400mm
= 0.4m
Trabajo efectuado = fuerza x distancia recorrida
= 70 x 9.81 x 0.4 (J)

Ejemplo 2
Una fresadora de superficie ejerce una fuerzatangencial constante de 900 N durante una operación de fresado. Si la longitud de la pieza que pasa por la cortadora es de 225mm, calcúlese el trabajo efectuado durante la operación de cortado:

Trabajo efectuado = fuerza x distancia
= 900 x 0.225 J
= 202.5 J
Nótese que, nuevamente, se convirtieron los milímetros ametros para obtener la unidad básica de trabajo.

Ejemplo 3
Un sistema transportador de combustible de una estación generadora consiste de un número de vagonetas cada una de las cuales tiene una masa de 4240 Kg cuando está totalmente cargada. El combustible se transporta en las vagonetas hacia arriba sobre unos rieles inclinados con una pendiente de 1 a 2.5. Si hay una resistencia defricción constante en contra del movimiento de 250N, calcule el trabajo realizado al arrastrar una vagoneta totalmente cargada 20m hacia arriba del plano inclinado.

Será de ayuda para resolver este problema dibujar un diagrama sencillo de la situación como se muestra en la figura 8.2. En este caso el trabajo será efectuado en contra de la gravedad y de la resistencia de fricción.

El trabajoefectuado en contra de la fricción será igual a la fuerza constante resistente de fricción de 250N multiplicada por la distancia recorrida de 20m.

= 250 x 20 J
= 5 000 J
= 5 kJ

La fuerza gravitacional que se debe vencer
= 4240 x 9.81 N...