Cuando aplicamos fuerza ‘F’ a un bloque, el cuerpo acelera o acelera hacia arriba o hacia abajo dependiendo de la dirección de la fuerza. La energía cinética del sistema cambia a medida que aumenta o disminuye la velocidad. Sabemos que la energía no puede crearse ni destruirse, por lo que debe transformarse en otra forma. En esta situación, se denomina trabajo terminado. Cuando se realiza energía negativa, la energía disminuye, y cuando se realiza trabajo positivo, la energía aumenta. Ahora veremos cómo evaluar el trabajo completado.
¿Qué es el trabajo realizado?
Si y solo si se ejerce una fuerza sobre un cuerpo y el cuerpo se mueve a un desplazamiento particular como resultado de la fuerza ejercida, la acción se llama «trabajo realizado». Se denota por «W». Se mide en julios (J).
¿Cómo calcular el trabajo realizado?
Cuando el punto de aplicación de una fuerza se mueve a lo largo de la trayectoria de acción de la fuerza, se completa el trabajo. La línea de acción de la fuerza es una línea trazada en la dirección de la fuerza desde el lugar de aplicación. Suponga que un vector de fuerza constante F actúa sobre un objeto, lo que hace que se mueva a través de un vector de desplazamiento s en una dirección paralela a la línea de acción de la fuerza.
Entonces, el Trabajo Realizado W será,
W = Fs
o
W = Fscosθ
El trabajo completado es una cantidad escalar. Utiliza unidades SI joule (J). Cuando el punto de aplicación de la fuerza se mueve 1 m y la fuerza tiene una componente de 1 N en la dirección del desplazamiento, se realiza 1 joule de trabajo.
Si la fuerza es una función de la posición x en lugar de una constante, el trabajo realizado por la fuerza para mover el objeto desde la posición x 1 a la posición x 2 está dado por,
Si se produce un gráfico de fuerza frente a distancia, el trabajo necesario para mover un objeto de x 1 a x 2 es igual al área debajo del gráfico entre x=x 1 y x=x 2 .
Problemas de muestra
Problema 1: un niño en un carrito de juguete es arrastrado por un compañero en un patio de recreo, quien empuja el carrito hacia adelante con una fuerza de 60 N a lo largo de una cuerda unida al carrito. La cuerda forma un ángulo de 35° con el suelo. Calcule la cantidad de trabajo realizado por el compañero de juegos del niño para impulsar al niño 20 metros hacia adelante.
Solución:
Dado,
Fuerza F = 60 N
θ = 35°
s = 20 metros
Usando la fórmula del trabajo terminado,
W = Fscosθ
= (60)(20)(cos35°)
= 980
Entonces, el trabajo realizado es 980 J.
Problema 2: Se produce un desplazamiento de 15 metros tirando de una caja con una fuerza de 25 N. Encuentra el trabajo realizado por la fuerza si el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento es de 30°.
Solución:
Dado,
Fuerza F = 25N
s = 15 metros
θ = 30°
Utilizando la fórmula del trabajo realizado,
W = Fscosθ
= (25)(15)(cos30°)
= 324,76
Entonces, el Trabajo Realizado es 324,76 J .
Problema 3: Considere una caja de madera que es arrastrada por el piso por un alambre en un ángulo de 30° desde el piso horizontal. La caja de madera se arrastra 20 metros con una fuerza de 220 N aplicada por la cuerda. ¿Cuál es el producto final del trabajo de la fuerza?
Solución:
Dado,
Fuerza F = 220 N
El ángulo entre el piso y la fuerza es de 60°.
θ = 60°
s = 20 metros
Utilizando la fórmula del trabajo realizado,
W = Fscosθ
= (220)(20)(cos60°)
= 2200
Entonces, el trabajo hecho es 2200 J.
Problema 4: Determinar el trabajo realizado cuando una fuerza de magnitud 24 N actúa a una distancia de 10 m en la dirección de la fuerza.
Solución:
Dado,
F = 24 N
S = 10 metros
Usando la fórmula del trabajo terminado,
W = Fscosθ
= 24×10
= 240
Entonces, el trabajo realizado es 240 J.
Problema 5: ¿Cuándo el trabajo realizado se denomina cero?
Solución:
El trabajo realizado es cero en las siguientes condiciones,
- Cuando el desplazamiento es cero no importa cuanta fuerza se aplique.
- Aunque el objeto se mueve, la fuerza ejercida es cero.
- Cuando la fuerza aplicada y el movimiento del objeto son en direcciones opuestas.
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Artículo escrito por sushjathar07 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA