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Física
ENERGÍA MECÁNICA Y TRABAJO
La noción de trabajo - 1ª parte
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)
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 queLa ecuación de definición del trabajo puede escribirse como:
W = Ft. s
(6.4)
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)
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.