Trabajo

¿Qué es el trabajo en física?

                                          

Trabajo se define en física como la fuerza que se aplica sobre un cuerpo para desplazarlo de un punto a otro. Al aplicar fuerza se libera y se transfiere energía potencial a ese cuerpo y se vence una resistencia.

Por ejemplo, levantar una pelota del suelo implica realizar un trabajo ya que se aplica fuerza a un objeto, se desplaza de un punto a otro y el objeto sufre una modificación a través del movimiento.

                                         

Por tanto, en física solo se puede hablar de trabajo cuando existe una fuerza que al ser aplicada a un cuerpo permite que éste se desplace hacia la dirección de la fuerza.

La fórmula de trabajo se representa de la siguiente manera:

                                                    T = F · d · cosα

Dónde:

T = Trabajo Realizado (Nm) = Joules = J

F = Magnitud de la fuerza en dirección del movimiento (N)

d = Magnitud del desplazamiento (m)

                         

Partiendo de la fórmula, trabajo es el producto de la multiplicación de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que resulta entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el objeto que se mueve.

EJEMPLO 

vea las siguientes imágenes  que representan dos trayectorias rectilíneas, en ambos casos el niño jala a un carrito con una cierta carga, en el caso 1 el niño a un ángulo de 0° y aplica una fuerza de 20 N en el caso 2 el niño jala con un ángulo de 60° y aplica una fuerza de 20 N. determine el trabajo aplicado en ambos casos, la distancia del desplazamiento es de 8 metros .

Solución:

Caso 1: Anotemos los datos que tenemos para el primer caso.

Datos:

F = 20 N

d = 8 m

θ = 60°

Considerando los datos anteriores y sustituyendo en nuestra fórmula, tenemos.

Lo que sería igual a 80 Joules.

Veamos el siguiente caso 

Caso 2: Anotemos los datos que tenemos para el segundo caso.

Datos:

F = 20 N

d = 8 m

θ = 0°

Basándonos en nuestros datos y anotándolos en la fórmula, tendremos:

Eso sería un trabajo de 160 Joules, prácticamente el doble de trabajo que el caso 1.

Fuerzas que no realizan trabajo

Ya hemos considerado el caso en el cual el trabajo realizado por una fuerza es igual a cero debido a que el desplazamiento es igual a cero. sin embargo, en algunas ocasiones, aunque el cuerpo se desplaza, puede suceder que el trabajo realizado por la fuerza es igual a cero.

Por ejemplo, si las fuerzas aplicadas sobre un objeto son perpendiculares al desplazamiento se tiene que:

W= F * d* cos 90° = 0

En general, las fuerzas perpendiculares al desplazamiento, como la fuerza normal y a fuerza centrípeta, no realiza trabajo alguno.

EJEMPLO

Un carro se mueve por una trayectoria como la representada en la figura. Determinar las fuerzas que realizan trabajo y las fuerzas que no realizan trabajo.

Solución:

Sobre el objeto actúan la fuerza de rozamiento, el peso y la fuerza normal.

En el punto que se muestra en la trayectoria, el peso y el desplazamiento forman un ángulo diferente de 90°, por tanto, el peso realiza trabajo.

La fuerza de rozamiento forma con el desplazamiento un ángulo de 180°, razón por la cual, su trabajo es negativo.

La fuerza normal no realiza trabajo puesto que forma un ángulo de 90° con el desplazamiento.

Trabajo por la fuerza neta 

cuando sobre un cuerpo se ejerce mas de una fuerza, es posible determinar el trabajo realizado por cada una de ellas y también realizado por las fuerzas neta.

de esta manera, se denomina trabajo  neto a la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo .

para todo objeto, se cumple que el trabajo realizado por la fuerza neta es igual al trabajo neto, es decir, que si sobre un objeto actúan las fuerzas F1, F2, F3, y la fuerza neta es Fneta, el trabajo realizado por la fuerza neta es:

¿QUE ES EL TRABAJO NEGATIVO?

si el trabajo realizado obre un cuerpo aumenta su energía cinética,¿también puede disminuirla? Las fuerzas pueden desacelerar y acelerar los cuerpos. piensa que frenas un automóvil que se mueve rápidamente y el auto patina hasta detenerse. ¿La fuerza de fricción ejercida por la superficie de la carretera sobre las llantas del auto realiza trabajo?

cuando el automóvil se patina hasta detenerse pierde energía cinética. una disminución en la energía cinética puede considerarse un cambio negativo en ella. si el cambio en la energía cinética es negativo, el trabajo realizado sobre el auto también debe serlo.

observa que la fuerza de fricción ejercida por el auto actúa en dirección opuesta al movimiento de este, como se muestra en la imagen. cuando esto ocurre, decimos que el trabajo que realiza la fuerza es un trabajo negativo, ya que elimina energía del sistema (el auto)en vez de aumentarla. para una fuerza de fricción de magnitud f el trabajo realizado W= - fd , si el auto recorre una distancia d mientras desacelera.

Las fuerzas de fricción ejercidas sobre las llantas de una automóvil por la superficie de la carretera realizan un trabajo el frenar el auto, lo que resulta en una disminución de la energía cinética. 

La energía cinética es la que se asocia con el movimiento de un cuerpo y es igual a un medio de la masa del cuerpo por el cuadrado de su rapidez. la energía cinética ganada o perdida por un cuerpo  es igual al trabajo realizado por la fuerza neta que acelera o desacera el cuerpo.