Trabajo Mecanico

Trabajo mecánico.

Trabajo, el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia 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. Cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial. También se realiza trabajo cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores. La fuerza puede no ser mecánica, como ocurre en el levantamiento de un cuerpo o en la aceleración de un avión de reacción; también puede ser una fuerza electrostática, electrodinámica o de tensión superficial (véase Electricidad). Por otra parte, si una fuerza constante no produce movimiento, no se realiza trabajo. Por ejemplo, el sostener un libro con el brazo extendido no implica trabajo alguno sobre el libro, independientemente del esfuerzo necesario.

El trabajo mecánico es una magnitud escalar producido solo cuando una fuerza mueve un cuerpo en su misma dirección. El trabajo mecánico es algo que puede medirse con precisión. Dos factores están presentes cuando se realiza un trabajo: la aplicación de una fuerza y el movimiento del objeto por efecto de esa fuerza.

Donde es el módulo de la fuerza, es el desplazamiento y es el ángulo que forman entre sí el vector fuerza y el vector desplazamiento.

1) Si α = 0º, es decir, si la fuerza o una componente de la fuerza, es paralela al movimiento, entonces el trabajo será: W = Fd cos 0º = F d;

2) si α = 90º, es decir, si la fuerza o una componente de la fuerza es perpendicular al movimiento, W = Fd cos90º = Fd(0) = 0; no se realiza trabajo;

3) Si la fuerza aplicada sobre el cuerpo no lo mueve, no realiza trabajo ya que el desplazamiento es cero;

4) Si 0 < α < 90º, es decir, si la fuerza tiene una componente en la misma dirección del desplazamiento, el trabajo es positivo (trabajo motriz);

5) si 90º < α < 180º, es decir, si la fuerza tiene una componente opuesta a la dirección del desplazamiento, el trabajo es negativo (trabajo resistente). Por ejemplo la fuerza de rozamiento hace un trabajo resistente sobre el cuerpo.

Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.

Energía.

Energía (E): La magnitud denominada energía enlaza todas las ramas de la física. En el ámbito de la física, debe suministrarse energía para realizar trabajo. La energía se expresa en joules (J). Existen muchas formas de energía: energía potencial eléctrica y magnética, energía cinética, energía acumulada en resortes estirados, gases comprimidos o enlaces moleculares, energía térmica e incluso la propia masa.

Energía cinética.

Cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo también se realiza trabajo, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores. Cuando un cuerpo se desplaza con movimiento variado desarrolla energía cinética.

Ec = ½.m.v ²

L = F.d

L = Ec

F.d = ½.m.v ²

Ec: Energía cinética.

El trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre una partícula es igual a la variación de la energía cinética de dicha partícula.

Δ Ec = Ec2 - Ec1

L = Ec2 - Ec1

F.d = ½.m.(v ²2 - v ²1)

Δ Ec: Variación de la energía cinética.

Energía potencial.

Cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial. Si se realiza trabajo para elevar un objeto a una altura superior, se almacena energía en forma de energía potencial gravitatoria.

Cuando un cuerpo varía su altura desarrolla energía potencial.

Ep = m.g.h

L = F.d ⇔ L = Ep ⇔ P.d = m.g.h

Ep: Energía potencial.

El trabajo realizado por la fuerza peso es igual a la variación de la energía potencial.

Δ Ep = Ep2 - Ep1

L = Ep2 - Ep1

P.d = m.g.(h2 - h1)

Δ Ep: Variación de la energía potencial.

En todas las transformaciones entre un tipo de energía y otro se conserva la energía total, y se conoce como teorema de la energía mecánica (Δ EM). Por ejemplo, si se ejerce trabajo sobre una pelota de goma para levantarla, se aumenta su energía potencial gravitatoria. Si se deja caer la pelota, esta energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética. Cuando la pelota choca contra el suelo, se deforma y se produce fricción entre las moléculas de su material. Esta fricción se transforma en calor o energía térmica.

Fuerzas conservativas.

Para un cuerpo de masa m que se mueve del punto 1 al 2 y luego del punto 2 al 1.

Una fuerza es conservativa si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es 0.

Δ EM = 0

Δ EM : Variación de la energía mecánica.

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