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Cita para la reflexión: Los buenos son los que se contentan con soñar aquello que los malos hacen realidad (Platón)

Física

ENERGÍA MECÁNICA Y TRABAJO

La noción de trabajo - 1ª parte


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n el lenguaje cotidiano, la palabra «trabajo» se asocia a todo aquello que suponga un esfuerzo físico o mental, y que por tanto produce cansancio. En física se produce trabajo sólo si existe una fuerza que al actuar sobre un cuerpo da lugar a su desplazamiento.

Trabajo de una fuerza constante

Sea una fuerza de intensidad F que se mantiene constante en módulo, dirección y sentido al actuar sobre un cuerpo material, y sea s el desplazamiento que produce la fuerza al actuar durante un intervalo de tiempo determinado. Se define el trabajo W de dicha fuerza como el producto de la intensidad de la fuerza por la magnitud del desplazamiento por el coseno del ángulo φ que forman la dirección de la fuerza y la dirección del desplazamiento:


(6.3
)

De acuerdo con esta definición, para que se realice un trabajo en el sentido físico del término, es preciso no sólo que actúe un fuerza, sino que además ésta provoque un desplazamiento. Un hombre empujando un muro rígido sin conseguir desplazarlo a pesar de cansarse, realizaría un trabajo W nulo, dado que en tal caso s sería cero.

La presencia del ángulo en la ecuación de definición de trabajo hace referencia al caso de que la dirección de la fuerza no coincida con la dirección del desplazamiento. En tal caso la fuerza puede descomponerse en dos componentes, una paralela F|| a la dirección del movimiento y otra perpendicular . Si el cuerpo describe una línea determinada es porque estará obligado a ello, o dicho de otra forma, porque una fuerza de reacción neutraliza la componente perpendicular que tendería a sacarlo de la trayectoria. Tal es el caso, por ejemplo, de un vagón de tren que es arrastrado mediante una fuerza oblicua a la dirección de la vía; la componente perpendicular es neutralizada por la presencia de la vía que evita los desplazamientos laterales y la única componente que contribuye al movimiento del vagón es, por tanto, aquella que está dirigida en la dirección de la vía.

La componente F|| de la fuerza en la dirección del desplazamiento se la representa también como Ft. Dado que

La ecuación de definición del trabajo puede escribirse como:

W = Ft. s
(6.4
)

que indica que es únicamente la componente Ft la que efectúa el trabajo. Por tal motivo se la denomina, con frecuencia, componente útil.

Cuando la fuerza actuante es paralela a la dirección del desplazamiento, entonces φ = 0, su coseno vale 1 y la expresión del trabajo se reduce a:

W = F. s
(6.5
)

En este caso toda la fuerza F es útil a efectos de realización de trabajo.

De acuerdo con la ecuación (6.5) la unidad SI de trabajo será igual al producto de una unidad de fuerza (newton) por una unidad de longitud (metro); a tal unidad producto se le denomina joule (J):

1 J = 1 N · 1 m

Un joule es, pues, el trabajo realizado por una fuerza de un newton cuando actuando sobre un cuerpo lo desplaza un metro en su misma dirección y sentido.


Una cantidad de energía igual a un joule representa el trabajo que es preciso efectuar para elevar un cuerpo de 102 gramos de masa a una altura de un metro.

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