FUERZA PARALELA AL DESPLAZAMIENTO

ENERGÍA

    En nuestro lenguaje y conocimiento diarios, frecuentemente hacemos uso o leemos la palabra energía:

- Para vivir necesitamos de la energía química proporcionada por los alimentos

- La energía térmica (calor), liberada en la combustión de la gasolina, posibilita el movimiento de los automóviles

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Una flecha, lanzada por medio de un arco, posee energía cinética (o de movimiento)

Un televisor utiliza energía eléctrica, transformándola en energía luminosa, energía sonora y energía térmica

La energía nuclear (o atómica) puede usarse tanto para beneficio del ser humano, como para su destrucción En los ejemplos anteriores es claro que la energía se presenta en la naturaleza bajo diversas formas: química, térmica, eléctrica, luminosa, nuclear, etc. Cualquiera de ellas aparece siempre por la transformación de una de esas clases de energía, en otra; esto es, la energía no puede aparecer, en un fenómeno, a partir de la nada. En particular yen el caso de la energía mecánica, que es aquélla en la que intervienen las fuerzas y el movimiento, la transformación de energía puede ser medida por una magnitud física denominada trabajo. Por este motivo, iniciamos este capítulo explicando tan importante concepto

TRABAJO: FUERZA PARALELA AL DESPLAZAMIENTO

Trabajo de una fuerza que es paralela al desplazamiento producido

Observa en la Figura  que una persona es halada por una fuerza F, que la desplaza una distancia d.

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Observa también que la fuerza F está actuando en la misma dirección y en el mismo sentido que el desplazamiento de la persona. Decimos que la fuerza realiza trabajo sobre la persona, definiéndose esta magnitud de la siguiente manera:

El trabajo W, realizado por la fuerza F (paralela al desplazamiento), se determina multiplicando el módulo de la fuerza por el valor del desplazamiento d. Es decir,

W =F • d

1. La unidad de trabajo. En el SI, que usaremos de preferencia, la fuerza se mide en Newton y la distancia en metros. La unidad de trabajo será entonces:

1N • 1m=1N•. m

Esta unidad se denomina Joule (símbolo: J), en homenaje al físico inglés James P. Joule , que vivió en el siglo XIX. Se tiene que 1N • m=1J

En la Figura, al hacer recorrer al cuerpo una distancia de 1 m, aplicándole una fuerza de 1 N, se realiza un trabajo de 1 J.

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1. El trabajo es una magnitud escalar, esto es, queda completamente definido sólo con el número que expresa su valor y con la unidad.

1. Una fuerza sólo realiza trabajo cuando ocurre desplazamiento del cuerpo sobre el cual actúa. Así, si una persona sostiene un objeto sin moverlo, la fuerza no está realizando trabajo sobre el cuerpo. Esto es evidente mediante la ecuación W = F • d, pues si d = 0, entonces W = 0. Por lo tanto, la persona "hace fuerza" sobre el objeto pero no realiza trabajo sobre él, porque no hay desplazamiento de dicha fuerza

A pesar de lo antes dicho, la persona se cansa porque hay un trabajo realizado sobre sus propios músculos (para sostener el objeto, las fibras musculares, existentes en abundancia, son tensionadas y relajadas de manera alternativa).

4. Cuando la fuerza F actúa sobre un cuerpo en el mismo sentido en que se mueve, favorece el movimiento del cuerpo (acelerándolo, y en consecuencia, haciendo que su velocidad aumente).

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En este caso se considera positivo el trabajo realizado por la fuerza (W > 0).

Cuando la fuerza F actúa en sentido contrario al movimiento del cuerpo, dicha fuerza dificulta este movimiento (lo desacelera o retarda, haciendo que la velocidad del cuerpo disminuya).

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   En este caso, el trabajo realizado por la fuerza se considera negativo (W < 0).

Una persona, por medio de una cuerda, levanta un cuerpo de peso P = 50 N, ejerciendo sobre él una fuerza F=70 N, vertical hacia arriba. El cuerpo es desplazado una distancia d = 6 m

a) ¿Cuál es el signo y el valor del trabajo, W, realizado por la persona?[pic 6]

Como la fuerza F ejercida tiene el mismo sentido del movimiento del cuerpo. su trabajo será positivo. Tenemos, entonces:

W=F• d= 70 • 6. Es decir, W= 420 J

1. ¿Cuál es el signo y el valor del trabajo W' realizado por el peso P del cuerpo?

Como la fuerza P tiene sentido contrario al movimiento del cuerpo, su trabajo será negativo.

Así, W =-P• d = -50  •6. Es decir, W = -300 J.

Observa que hay dos trabajos realizados sobre el cuerpo: uno de ellos, de 420 J (positivo), realizado por la persona, que favorece el movimiento; y otro (retardante) efectuado por la Tierra, que ejerce la fuerza P sobre el objeto. En otras palabras, cada causa o agente responde por el trabajo correspondiente a la fuerza que lo realiza.

1. ¿Cuál es el trabajo total efectuado sobre el cuerpo?

El trabajo total, Wt, se determina por la suma algebraica de los trabajos que cada fuerza realiza sobre el cuerpo. Esto es:

Wt =420-300, o sea Wt = 120 J.

POTENCIA

   Considera dos motores que se emplean para accionar bombas de agua destinadas a llenar dos tanques, realizando ambas el mismo trabajo W = 20 000 J. Supóngase, sin embargo, que el primer motor llena el tanque en un tiempo t1 = 200 s, y que el otro emplea un tiempo t2 = 400 s para realizar el mismo trabajo. En la vida práctica, si tuviéramos que escoger entre los dos motores, probablemente daríamos preferencia al primero, que realiza el trabajo más rápidamente.[pic 7]

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