EL TRABAJO EN LA FÍSICA

Definición:

Como idea general, hablamos de trabajo cuando una fuerza (expresada en newton) mueve un cuerpo y libera la energía potencial de este; es decir, un hombre o una maquina realiza un trabajo cuando vence una resistencia a lo largo de un camino. En física, se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza.

                                                           T = F · d

Es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work) esta puede ser aplicada a un punto imaginario o a un cuerpo para moverlo. Pero hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones.

Unidades:

- Sistema Internacional de Unidades.

Julio o Joule (Newton x metro)

- Sistema Técnico de Unidades

Kilográmetro o kilopondímetro (kgm) = 1 kilogramo-fuerza x 1 metro = 9,80665 J

- Sistema Cegesimal de Unidades

Ergio: 1 erg = 10^-7 J (Dinas x centímetro)

- Sistema Anglosajón de Unidades

Termia inglesa (th), 10⁵ BTU

BTU, unidad básica de trabajo de este sistema

- Sistema anglosajón

Pie-libra fuerza (foot-pound) (ft-lb)

- Otras unidades

kilovatio-hora

Caloría termoquímica (calTQ)

Termia EEC.

Atmósfera-litro (atm·L)

La unidad de trabajo más utilizada es el Joule, el cual se obtiene multiplicando la unidad de fuerza (en Newton) por la unidad de longitud (en metro).

Recordemos que el newton es la unidad de fuerza del Sistema Internacional (SI) que equivale a la fuerza necesaria para que un cuerpo de 1 kilogramo masa adquiera una aceleración de un metro por segundo cada segundo (lo mismo que decir “por segundo al cuadrado”). Su símbolo es N.

Por lo tanto, 1 joule es el trabajo realizado por una fuerza de 1 Newton al desplazar un objeto, en la dirección de la fuerza, a lo largo de 1 metro.

Aparece aquí la expresión “dirección de la fuerza” la cual puede ser horizontal,  oblicua o vertical respecto a la dirección en que se mueve el objeto sobre el cual se aplica la fuerza.

En tal sentido, la “dirección de la fuerza” y la “dirección del movimiento” pueden formar un ángulo (o no formarlo si ambas son paralelas).

Si forman un ángulo (α), debemos incorporar ese dato en nuestra fórmula para calcular el trabajo, para quedar así:

Variantes del trabajo:

Una variante para calcular el trabajo la tenemos cuando conocemos la Energía cinética final (Ecf) y conocemos la Energía cinética inicial (Eci)  utilizando el Teorema trabajo-energía, expresado en la fórmula:

T = Ecf  –  Eci

Además debemos saber que la energía cinética se calcula de la siguiente forma:

Conociendo esto tendríamos lo siguiente:

            T = ½m v_f² –½m v_i² =  E_cf – E_ci = ΔE_c (variación de energía cinética)

Dónde:           T = trabajo entre la posición final y la posición inicial

Ecf = energía cinética final

Eci = energía cinética inicial

Usando esta fórmula, si conocemos el trabajo realizado y tenemos una de las energías cinéticas, se puede calcular la otra energía cinética.
Cuando la rapidez es constante, no hay variación de energía cinética y el trabajo de la fuerza neta es cero.

Aplicación de los conceptos:

Una fuerza de 20 Newton se aplica a un cuerpo que está apoyado sobre una superficie horizontal y lo mueve 2 metros. El ángulo de la fuerza es de 0 grado con respecto a la horizontal. Calcular el trabajo realizado por dicha fuerza.

  

T = F. d. Cosα

T = 20 N. 2 Mts. Cos0

T = 40 NM. = 40 J (Joule).

Cuando la distancia se mide en metros y la fuerza en Newton, el trabajo se mide en joule.

Ahora supongamos que en el mismo problema usamos un ángulo distinto de 0.

Por ejemplo 30 grados.

T = 20 N. 2 Mts. Cos30

T = 20 N. 2 Mts. 0.866

T = 34.64 J.

Se puede ver que el valor varía. Y si usáramos 90 grados el trabajo se anularía por completo ya que el coseno de 90 es igual a cero.