El trabajo y la energía son unidades que están íntimamente asociadas entre sí. En Física, para 2 objetos, el trabajo realizado se describe debido a la transferencia de energía del objeto primario al segundo objeto. Además, la energía se destaca por la capacidad de tratar de trabajar. Se cree que una fuerza realiza trabajo una vez que un objeto experimenta un desplazamiento paralelo al camino de acción de la fuerza. Es una actividad que tiene fuerza y movimiento dentro de la dirección de la fuerza. ¡El potencial para hacer trabajo es lo que es la energía!
Trabajo hecho
El trabajo realizado sobre una entidad se define como el producto de la magnitud de la fuerza que actúa sobre el cuerpo y el desplazamiento en la dirección de la fuerza.
W = Fs
Aquí,
W = trabajo realizado sobre una entidad
F = Fuerza sobre la entidad
s = Desplazamiento de la entidad
Convenciones de signos para el trabajo realizado:
- Se realiza trabajo positivo cuando tanto la fuerza como el desplazamiento tienen la misma dirección.
ancho = F × s
- El trabajo realizado es negativo cuando una fuerza actúa en dirección opuesta a la dirección del desplazamiento.
W= − F × s
El ángulo entre la fuerza y el desplazamiento es de 180°.
- El trabajo realizado será el siguiente si la fuerza y el desplazamiento están inclinados en un ángulo menor de 180°:
W= Fs cosθ
- Si la fuerza y el desplazamiento actúan en un ángulo de 90°, el trabajo realizado es cero. El trabajo realizado es 0, si una fuerza que actúa sobre un cuerpo no produce desplazamiento. Por ejemplo, empujar una pared.
Dos circunstancias deben cumplirse con el trabajo a realizar:
- Una fuerza debe actuar sobre la entidad.
- La entidad debe ser desplazada
Trabajo = Fuerza x Desplazamiento
Unidad de trabajo realizado = Joule = Newton x metro. Se dice que se realiza un trabajo de 1 Joule cuando se aplica una fuerza de 1 Newton sobre una entidad, y muestra la dislocación en 1 metro.
Energía
La capacidad para realizar un trabajo se define como Energía. Su unidad es similar a la del trabajo. Unidad SI de trabajo o energía = Joule (Nm). Diferentes formas de energía: Luz, calor, química, eléctrica o mecánica.
La energía mecánica es la suma de:
- Energía cinética (EC)
- Energía potencial (EP)
Energía cinética
Los objetos en movimiento tienen su propia energía y pueden realizar trabajo. Esta energía se llama energía cinética. La KE de un objeto aumentará con su velocidad.
La KE del cuerpo que se mueve con una velocidad precisa = trabajo realizado sobre el que para formarlo adquiere esa velocidad.
Para acelerar un objeto tenemos que usar la fuerza. Para usar la fuerza, nos gustaría intentar trabajar. Una vez que se termina el trabajo en un objeto, se transfiere energía y también el objeto se mueve con una velocidad constante de reemplazo. La energía que se transfiere se considera como KE La energía cinética se transfiere entre objetos y tal vez se remodela en diferentes variedades de energía. Yo-Yo puede ser un buen ejemplo para explicar la transformación de KE Mientras que para jugar con él, uno comienza sosteniéndolo en la mano, en este momento, toda la energía se mantiene dentro de la pelota en forma de Energía Potencial. Una vez que la persona suelta el juguete, la energía de retención se transforma en KE, es decir, la energía del movimiento. Una vez que la pelota llega al terrible fondo del juguete, toda la energía se regenera en KE porque regresa a la mano.
Unidades de energía cinética:
- La unidad SI de KE es Joule que es igual a 1 kg.m 2 .s -2 .
- La unidad CGS de KE es erg.
Derivación de la fórmula:
Trabajo realizado, W = F × s …(i)
Debido a la fuerza, la velocidad cambia a v, y la aceleración producida es una relación entre v, u, a y s = v 2 −u 2 = 2as
…(ii)
F = ma …(iii)
Sustituyendo (ii) y (iii) en (i) obtenemos
ancho = F × s
Si u = 0 (el objeto comienza en reposo)
W 
Trabajo realizado = Cambio en la energía cinética
El cuerpo con una velocidad elevada tiene más EC cuando dos cuerpos iguales están en movimiento.
teorema trabajo-energía
El trabajo neto realizado por un cuerpo en movimiento se puede calcular encontrando el cambio en KE. Es el teorema del trabajo-energía.
⇒ W neto = KE final – KE inicial
⇒ W neto 
Derivación del Teorema Trabajo-Energía:
El trabajo ‘W’ realizado por la fuerza neta sobre una partícula es capaz de modificar la energía mecánica de la partícula (KE).
Consideremos un caso donde la fuerza resultante ‘F’ es constante en cada dirección y magnitud y es paralela a la velocidad de la partícula. La partícula se mueve con aceleración constante sobre una línea. El vínculo entre la aceleración y, por lo tanto, la fuerza interna viene dado por la ecuación «F = ma» (segunda ley de movimiento de Newton), y por lo tanto, el desplazamiento de la partícula ‘d’, a menudo se determina a partir de la ecuación:
Obtención,
El trabajo de la fuerza neta se calcula con el producto de su magnitud (F=ma) y por tanto del desplazamiento de la partícula. Sustituyendo las ecuaciones superiores a los rendimientos:
W = Fd = 
= KE f – KE i = 
Factores que afectan la energía cinética:
- Masa
- Velocidad
- Impulso
Energía potencial
Cuando el trabajo se realiza sobre un cuerpo, la energía se almacena en una entidad. Por ejemplo, estirar una cuerda de goma. La energía que posee un cuerpo bajo su configuración o cambio de posición se conoce como Energía Potencial.
Tipos de energía potencial:
Gravitacional: Energía potencial que proviene de la altura y el peso de un objeto.
Química: La energía potencial proviene de los átomos que contiene y de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de la entidad.
Elástico: Energía potencial de un objeto que se comprime y estira.
En una altura la energía potencial de un objeto:
Se realiza un trabajo contra la gravedad para alterar su posición cuando una entidad se eleva a cierta altura. Esta energía se almacena como energía potencial.
⇒W = F
⇒F = ma
En el caso de subir la cota, F = mg
Por lo tanto, W (PE) = mgh
⇒ ΔPE= mg(h final − h inicial )
Ley de la conservación de la energía
La energía no puede crearse ni destruirse, pero puede transferirse de una forma a otra. Es la ley de conservación de la energía. Toda la energía antes y después de la alteración permanece constante.
Energía total = KE + PE
Prueba de la Ley de Conservación de la Energía:
Sea del punto A, que está a una altura h del suelo, cae un cuerpo de masa m como se muestra en la siguiente figura:
En el punto A,
Energía cinética E k = 0
Energía potencial E p = mgh
Energía total, E A = E p + E k
⟹ E A = mgh + 0
⟹ E A = mgh
Durante la caída, después de moverse una distancia x desde A, el cuerpo ha llegado a B.
En el punto B,
Sea la velocidad en este punto v.
Sabemos, v 2 = u 2 + 2as
⟹ v 2 =0+2×a×x=2×a×x [Como, velocidad en A, u = 0]
Además, energía cinética, E k 
⟹ mi k =
⟹ Ek = mgx
Energía potencial, Ep = mg(h – x)
Entonces, energía total, E B = E p + E k
⟹ mi segundo = m×g×(h−x)+m×g×x
⟹ E B = mgh – mgx + mgx
⟹ E B = mgh
Al final, el cuerpo alcanza la posición C en el suelo.
En el punto C,
Energía potencial, E p = 0
La velocidad del cuerpo es cero aquí.
Entonces, v 2 = u 2 + 2as
⟹ v 2 = 0 + 2gh = 2gh
Energía cinética, E k =
⟹ mi k =
Energía total en C
mi C = mi pag + mi k
EC = 0 + mgh
CE = mgh
Por lo tanto, la energía en todos los puntos sigue siendo la misma.
Energía
La potencia es la tasa de hacer trabajo o la tasa de transferencia de energía. Se denota por P
⇒ P = Peso
La unidad SI es Watt (Js −1 ).
Potencia media = Energía total consumida/Tiempo total empleado
La unidad comercial de potencia es el kWh, es decir, la energía utilizada en 1 hora a 1000 Joules/segundo.
1kWh=3.6 × 106J
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1. ¿Cuánto trabajo se requiere para detener el automóvil en 30 s si la energía cinética del automóvil es de 6000 J?
Solución:
Trabajo realizado para detener el automóvil = cambio en la energía cinética = KE al detenerse – KE al arrancar = 0 – 6000
=-6000 J (el signo negativo significa que se realiza trabajo contra el automóvil)
Potencia = Trabajo realizado /tiempo =
= 200 W
Pregunta 2. Dos pasajeros de 40 kg de masa cada uno se sientan en el automóvil y luego encuentran una nueva energía cinética del automóvil si la masa del automóvil es de 700 kg y la velocidad del automóvil es de 18 km / h.
Solución:
k =
K =
= 8750J
Cuando dos pasajeros de 50 kg de masa se sientan en el automóvil, la masa total se vuelve = 700 + 2 × 40 = 780 kg
Pregunta 3. Calcule el trabajo realizado Encuentre el trabajo realizado por una fuerza de 10 N que actúa sobre el objeto en un ángulo de 60° que desplaza el objeto 10 m.
Solución:
W= Fs cosθ
) J
= 50J
Pregunta 4. Se usaron 245 × 10 2 J de energía para levantar del suelo a un niño de 50 kg, ¿a qué altura se levantaría? Y también encuentre el PE de 20 kg de piedra que se mantiene a 8 m del suelo.
Solución:
La energía que posee una piedra de 20 kg de masa a una altura de 8 m = PE
PE = mgh
PE = mgh
245 × 10 2 = 50 × 9,8 × altura
h = 50m
Pregunta 5. Encuentra la potencia requerida para levantar 600 kg de agua para almacenar en un tanque a una altura de 1600 cm en 10 s.
Solución:
Peso del agua = 600 x 10 = 6000 N
Altura = 1600 cm = 16 m
T = 10 seg
Potencia = (trabajo hecho)\(tiempo}
=
=
= 9600 vatios
= 9,6 kilovatios
Pregunta 6. Calcule el gasto total si una unidad cuesta 2,75 rupias si cuatro bombillas de 120 W y cinco ventiladores de 130 W cada uno funcionan durante 14 horas diarias.
Solución:
Energía de cuatro bombillas consumida E b =0.12×4×14=6.7 KWH
5 ventiladores energía consumida
E f = 0,13 × 5 × 14 = 9,1 KWH
Unidades Totales consumidas =6.7 + 9.1 = 15.8 KWH= 5.8 unidades
Ahora bien, si una unidad cuesta Rs 2,75
Gasto total por día = 2,75 × 15,8 = 43,45 rupias
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Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA