El trabajo es la transferencia de energía a un cuerpo o sistema de cuerpos debido a la aplicación de una fuerza.. El trabajo que se realiza en un cuerpo produce una variación de la energía cinética.
A través de esto importante magnitud de dinámica, es posible estudiar la transferencia y transformación de energía en los más diversos sistemas físicos.
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¿Qué es trabajo?
el trabajo es un cantidad física que mide la transferencia o transformación de energía. La unidad de medida de esta cantidad escalar es la joule. Además, el trabajo que realiza una fuerza es equivalente a la variación de energía cinética, así como el energía potencial atribuido a un cuerpo o sistema de cuerpos.
Cuando se trabaja en un cuerpo, parte de la energía almacenada en ese cuerpo se transforma en otras formas de energía. Cuando elevamos un objeto del suelo a una altura h, por ejemplo, estamos transformando una energía que es de nuestros músculos a este cuerpo, que luego de ser elevado comienza a presentar una cierta cantidad en yEnergía potencial gravitacional.
Es de destacar que el trabajo es calculado en base a la distancia recorrida por el cuerpo. Sin embargo, para este cálculo, solo se tiene en cuenta la distancia recorrida en la dirección de la fuerza que realiza el trabajo, en otras palabras, el trabajo es igual a la proyección vectorial fuerza sobre la dirección de la distancia recorrida por el cuerpo.
¿Cómo se calcula el trabajo de una fuerza?
Para calcular el trabajo realizado por un fuerza constante, es necesario multiplicar el módulo de esta fuerza por el distancia viajado y por coseno de ángulo que se forma entre la fuerza (F) y la distancia (d). La fórmula que usamos para calcular el trabajo es la siguiente:
En la fórmula que se muestra, puede ver que no se realiza ningún trabajo cuando el ángulo entre fuerza y distancia es igual a 90º, ya que el coseno de este ángulo es igual a cero. Esto se debe a que cuando se aplica una fuerza en una dirección perpendicular a un desplazamiento, esta La fuerza no promueve ninguna variación en la energía cinética del cuerpo, sino que solo cambia la dirección de su movimiento.
Trabajo motor y trabajo duro
trabajo motor es el nombre que se le da al trabajo que se realiza para favor del movimiento de un cuerpo, proporcionándole energía cinética. Por otro lado, el trabajaresistente es aquel donde un fuerzacontrariohaciamovimiento, haciendo que el cuerpo tenga su energía cinética reducida y / o transformada en otros tipos de energía, como energía potencial gravitacional o Energía térmica, en el caso de que un fuerza disipativa.
En el trabajo de motor, el los vectores de fuerza y desplazamiento son paralelos (Ángulo de 0 °). En trabajo resistente, estos vectores son opuestos (ángulo de 180º). Vea ejemplos de situaciones en las que se realizan trabajos de motor y trabajos resistentes.
Cuando empujamos un carrito de la compra, realizamos un trabajo de motor.
Cuando las pastillas de freno de una bicicleta presionan la llanta, Fuerza de fricción hace un trabajo duro.
Cuando estamos bajando una escalera, la fuerza del peso realiza el trabajo motor.
Cuando subimos por una escalera, la fuerza del peso hace un trabajo difícil.
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fuerza trabajo peso
El trabajo realizado por la fuerza del peso corresponde a la cantidad de energía necesaria para levantar un cuerpo de masa m hasta una altura h en relación con el suelo, en una región donde el gravedad vale g. Vea la fórmula utilizada para calcular el trabajo de la fuerza peso:
metro - masa corporal (kg)
gramo - gravedad (m / s²)
H - altura (m)
Trabajo de energía eléctrica
El cálculo de trabajo de energía eléctrica puede hacerse a partir del producto entre el módulo de carga y la diferencia de potencial eléctrico, en voltios, a los que está sometida esta carga.
τ - trabajo (J)
qué - carga eléctrica (C)
U - diferencia de potencial (V)
Trabajo de fuerza variable
El trabajo de una fuerza variable se puede calcular a partir de una gráfica que relaciona la fuerza con el desplazamiento que sufre el cuerpo. En este caso, el módulo del trabajo realizado es numéricamente igual a área bajo la curva. Mirar:
Teorema de trabajo y energía cinética
El teorema del trabajo y la energía cinética relaciona la cantidad de trabajo que se realiza en un cuerpo o en un sistema de cuerpos según la variación de su energía cinética. En otras palabras, cada desempeño laboral va acompañado de una variación de la energía cinética.
En resumen, decimos que el trabajo realizado es igual a la variación de la energía cinética:
Para conocer aún más la definición de trabajo, es necesario resolver algunos ejercicios sobre el tema. ¿Vamos allá?
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Ejercicios resueltos sobre el trabajo de una fuerza.
Pregunta 1 - (Espcex) Un bloque, tirado por medio de una cuerda inextensible y una masa despreciable, se desliza sobre una superficie horizontal con fricción, describiendo un movimiento recto y uniforme. La cuerda forma un ángulo de 53 ° con la horizontal y la tracción que transmite al bloque es de 80 N. Si el bloque se desplaza 20 m a lo largo de la superficie, el trabajo realizado por tracción sobre el bloque será:
(Datos: sen 53 ° = 0.8 y cos 53 ° = 0.6)
a) 480 J
b) 640 J
c) 960 J
d) 1280 J
e) 1600 J
Resolución:
Para responder a esta pregunta, es necesario utilizar la fórmula del trabajo, pero también identificar los datos pertinentes en el enunciado, que son la fuerza, la distancia y el coseno del ángulo. Entonces necesitas hacer el siguiente cálculo:
Con base en el resultado obtenido, concluimos que la alternativa correcta es la letra C.
Pregunta 2 - (CPS) Para transportar la tierra fertilizada extraída del compost, un agricultor llena una carretilla y la lleva al sitio de plantación aplicando una fuerza horizontal constante con una intensidad igual a 200 N. Si durante este transporte, la fuerza resultante aplicada pudo realizar un trabajo de 1800 J, entonces la distancia entre la pila de compost y el sitio de plantación fue, en metros:
a) 6
b) 9
c) 12
d) 16
e) 18
Resolución:
La pregunta nos pide que calculemos la distancia y, para eso, se nos informa al módulo de la cantidad de trabajo, así como la fuerza. De esta forma, debemos realizar el siguiente cálculo:
Según el cálculo, la alternativa correcta es la letra b.
Pregunta 3 - (Mackenzie) En los Juegos Olímpicos de Río 2016, nuestro medallista de oro en salto con pértiga, Thiago Braz, con un peso de 75,0 kg, alcanzó una altura de 6,03 m, un récord mundial, cayendo 2,80 m desde el punto de apoyo de la pértiga. Considerando el módulo de aceleración por gravedad g = 10 m / s², el trabajo realizado por la fuerza del peso durante el descenso fue aproximadamente:
a) 2,10 kJ
b) 2,84 kJ
c) 4,52 kJ
d) 4,97 kJ
e) 5,10 kJ
Resolución:
La respuesta a esta pregunta requiere que calculemos una cantidad de trabajo. Para hacer esto, necesitamos conocer los valores de masa, gravedad y altura. En posesión de estos valores, simplemente haga el cálculo:
Nuestro resultado muestra que la alternativa correcta es la letra C.
Por Rafael Hellerbrock
Profesor de física
Fuente: Escuela Brasil - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/trabalho-uma-forca.htm
