Trabajo mecánico en una dimensión

Trabajo mecánico y energía

El concepto de trabajo mecánico en la vida diaria es muy intuitivo. Cuando una persona levanta un objeto pesado de la calle a un edificio, está haciendo un trabajo. En el lenguaje cotidiano, el desempeño de un trabajo está relacionado con el consumo de energía. Así, los conceptos de trabajo y energía se identifican no sólo en las teorías físicas, sino también en el lenguaje coloquial.

La fuerza y el trabajo mecánico

El concepto de trabajo mecánico parece estar estrechamente vinculado al de fuerza. Así, para que exista trabajo, una fuerza mecánica debe ser aplicada a lo largo de una cierta trayectoria. En términos físicos, el trabajo W se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por la distancia recorrida.

En términos físicos, el trabajo W se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por la distancia recorrida.

• donde a es el ángulo formado por la dirección de la fuerza y el desplazamiento.

Así pues, el trabajo es una magnitud escalar, que alcanza su máximo valor cuando la fuerza se aplica en la dirección y el sentido del movimiento.

De la definición anterior se deduce que las fuerzas aplicadas perpendicularmente a la dirección del movimiento producen un trabajo nulo.

El trabajo para mover un cuerpo depende de la fuerza aplicada al objeto y de la distancia recorrida. En la figura, el mismo trabajo se obtiene empujando el cuerpo oblicuamente sobre la plataforma como con la ayuda de una polea.

Trabajo de una fuerza variable

A menudo, la fuerza que produce un trabajo es variable durante el tiempo de aplicación, ya sea porque se altera su módulo, su dirección o su sentido. Para calcular el valor de este trabajo, se utiliza una integral extendida a todo el camino.

El valor del trabajo también puede obtenerse mediante una representación gráfica con el valor de la fuerza en el eje de ordenadas y la distancia en el eje de abscisas.

a) Trabajo de una fuerza variable, determinada como el área entre la curva y el eje de las abscisas. b) Trabajo de una fuerza constante para todo el recorrido.

Concepto de energía

El desempeño del trabajo también puede ser visto como un consumo de energía. Sin embargo, la noción de energía es más amplia que la del trabajo. Aunque, genéricamente, la energía se define como la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo, también incluye el calor, o la transferencia de energía de un sistema material a otro, como una de sus manifestaciones más comunes.

Por lo tanto, el trabajo y el calor son dos posibles manifestaciones de la energía.

Un resorte estirado y un cuerpo sostenido en una superficie pueden realizar el trabajo, al ser comprimido o al caer al suelo. Ambos son ejemplos de sistemas provistos de energía que pueden ser convertidos en trabajo.

Relación entre la energía y el trabajo

El trabajo es una manifestación de la energía. Ahora bien, por su definición, el trabajo es una magnitud escalar que, según la disposición de la fuerza y el desplazamiento, puede ser positiva, negativa o nula:

Cuando el trabajo es positivo, se dice que la fuerza inductiva ha aportado energía. Esto ocurre cuando un resorte se comprime o se levanta un peso.

• Si el trabajo es negativo, la fuerza ha absorbido energía (por ejemplo, al soltar un resorte o al dejar caer un objeto).
• Si el trabajo es nulo, no hay variaciones en el balance energético del sistema.