Trabajo (física)

TRABAJO

Cuando una partícula P que se encuentra en la posición r ⃗, en el plano Oxy se aplica una fuerza constante F ⃗ y la partícula realiza una desplazamiento ∆r ⃗, se efectúa trabajo

Definición

El trabajo (W) desarrolla por una fuerza constantea donde:

Aplicando la definición de producto escalar, tenemos:

Esta ecuacion puede interpretar como el producto del modulo de la fuerza (F) por la compone te del desplazamiento en la dirección de la fuerza (∆r ⃗.cos⁡θ) o como el producto del módulo del desplazamiento ∆r ⃗ por componente de la fuerza en la dirección del desplazamientos (F.cos⁡θ):

Interpretación grafica del Trabajo

El trabajo se puede representar gráficamente tomnado los valores de la componente de la fuerza que realiza en el eje Y y los valores del desplazamiento realizado en el eje X. La medida de este trabajo realizado está representado por la sueperficie del área bajo el diagrama.

Clases de trabajo

Trabajo Neto: cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas:

se puede calcular el trabajo neto realizado de dos maneras

Sumando algebraicamente los trabajos efectuados por las fuerzas componetes ((∆r) ⃗ que actúan sobre la partículas)

Determinando la resultante de dicha fuerzas y calculando el trabajo de la misma:

Trabajo Activo: Es el trabajo realizado por la resultante de las fuerzas activas. Una fuerza es considerada activa cuando su direccion forma un angulos agudo con la del desplazamiento; esto determina que aumenta la rapidez de la particula de la cual esta aplicada.

Trabajo resistivo: es el trabajo realizado por la resultante de las fuerzas resistivas. Una fuerza es considerada resistiva cuando su direccion forma un angulos obtuso con la del desplazamiento; esto determina que disminuya la rapidez de la particula de la cual esta aplicada:

Trabajo nulo: el trabajo es nulo cuando uno de los factores de su ecuación es 0. Hay 3 factores los cuales tienen que ser 0 y determinan si el trabajo es nulo y son: La Fuerza ejercida hacia el Cuerpo, El Desplazamiento del Cuerpo, y el Coseno del Ángulo del Cuerpo.

Unidades

El trabajo es una magnitud escalar, cuyas unidades son las de una fuerza multiplicada por las de un desplazamientos

MAQUINAS SIMPLES

Las máquinas son mecanismos que se usan para transmitir fuerzas, cuyas direcciones y magnitudes pueden cambiar, pero nunca aumentan el trabajo producido.

En nuestro estudio consideraremos que las maquinas son ideales (peso despreciable y sin rozamiento).

Las máquinas simples son: Palancas, poleas, planos, tornos y cuñas.

Las máquinas simples se usan para vencer ciertas fuerzas resistentes, llamadas resistencias (R) mediante otras fuerzas resistentes, llamadas resistencias (R) mediante otras fuerzas llamadas potencias (P)

La ventaja mecánica (V.M.) de una máquina es igual a la razón entre la fuerza resistente (R) ejercida por la máquina y la fuerza aplicada (P) a la máquina:

Toda máquina es útil aunque sea desventajosa, porque sirve para otros fines como modificar la dirección de la fuerza en un modo más favorable, o para ganar velocidad o para multiplicar fuerzas etc.

Palanca: Es una barra que puede girar alrededor de un punto fijo llamado apoyo. Las distancias entre el punto de apoyo y los puntos de aplicación de la potencia y resistencia se llaman brazo de potencia y brazo de resistencia.

Cuando una palanca está en equilibrio (no gira en torno al punto de apoyo) la suma de los momentos de todas las fuerzas con relación a un punto cualquiera es cero:

De esta ecuación concluimos que una palanca es ventajosa cuando en bp>br y es desventajosa cuando el bp<br

Se distinguen tres tipos de palancas según la posición del punto de apoyo respecto a las fuerzas resistentes (R), y a la fuerza aplicada (P):

PRIMER GÉNERO: El punto de apoyo está entre la potencia y la resistencia. Si está en el medio la palanca es diferente, mientras que es ventajosa si el punto de apoyo esta desviado hacia el lado de la R:

Aplicaciones de la palanca de primer género:

SEGUNDO GÉNERO: El punto de apoyo está en el extremo y la fuerza R está entre el apoyo y la fuerza P. Este tipo de palanca es siempre ventajosa, porque el bp>br :

Aplicaciones de palanca de segundo género:

TERCER GÉNERO: El punto de apoyo está en el extremo y la potencia P está entre el apoyo y la fuerza R. Este tipo de palanca es siempre desventajosa porque bp<br:

Aplicaciones de la palanca de tercer género:

En las máquinas simples ideales, el trabajo consumido por la resistencia:

De esta ecuación podemos deducir que las fuerzas son inversamente proporcionales a los desplazamientos realizados (en un mismo tiempo). Esto nos permite concluir que lo que se gana en fuerza se pierde en velocidad o inversamente lo que se gana en velocidad se pierde en fuerza.

POLEA: Es una rueda que puede girar libremente alrededor de su eje, por cuyo borde acanalado pasa una cuerda. Las poleas son fijas o móviles:

POLEA FIJA: Es una palanca de primer género cuyo eje es fijo, donde la potencia se aplica a un externo de la cuerda y la resistencia al otro:

Como los brazos de potencia y resistencia son iguales y los desplazamientos realizados por la potencia y resistencia también son iguales, la polea fija cambia solamente la dirección de la potencia, mantenimiento constante su magnitud.

POLEA MÓVIL: Es una palanca de segundo genero cuyo eje es móvil, donde la potencia se aplica en un extremo de la cuerda, mientras el otro extremo es fijo.

Como el brazo de la potencia es el doble que el brazo de la resistencia y de desplazamiento realizado por la potencia es el doble que el realizado por la resistencia, la polea móvil cambia la direccion y el módulo de la potencia a la mitad de la resistencia.

La Ecuación de equilibrio es:

La Ventaja mecánica es:

PLANO INCLINADO (cuña): Una de las máquinas simples más conocidas es el plano inclinado sobre la horizontal y se utiliza para reducir la magnitud de la potencia necesario para mover un cuerpo a lo largo del plano inclinado, donde la resistencia opuesta

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