Trabajo (física) | En física, el trabajo es lo que hace la fuerza
En física, el trabajo es lo que hace la fuerza.
Cuando se aplica una fuerza sobre un objeto durante un tiempo determinado, el trabajo realizado por la fuerza se define como la magnitud de la fuerza (su intensidad) por el desplazamiento del objeto desde su posición inicial hasta su posición actual (la distancia más corta entre el punto A y el B), por el coseno del ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección real del desplazamiento del objeto. Esto puede ser representado por:
En esta fórmula, el trabajo es W, la magnitud de la fuerza es F, el desplazamiento es s y el coseno del ángulo es cos θ.
En la mayoría de las circunstancias, el último factor (el coseno del ángulo) es igual a uno porque la dirección de la fuerza suele ser la misma dirección del desplazamiento. Pero en circunstancias como la de empujar una caja pesada en un ángulo no paralelo al suelo (digamos que la empujamos a 20º hacia el suelo), la dirección de la fuerza no es la misma que la del desplazamiento. En este ejemplo, debido al ángulo de la fuerza aplicada, la fuerza está haciendo menos trabajo porque no es tan eficiente como empujar la caja en un ángulo paralelo al suelo.
Cuanto más perpendicular sea la dirección del desplazamiento (90°) a la dirección de la fuerza, más se acercará el trabajo a cero. Si el ángulo es mayor de 90°, eso indica que el objeto se desplaza en general en dirección contraria a la que pretende la fuerza; la fuerza tiene trabajo negativo.
Un ejemplo útil es el escenario de un grupo de personas jugando al tira y afloja. El equipo que está siendo arrastrado lentamente hacia el centro está ejerciendo una fuerza de alejamiento, pero a pesar de los esfuerzos de sus fuerzas, hay un trabajo negativo porque la dirección de su desplazamiento es en sentido contrario.
Sostener un libro pesado contra su peso produce una fuerza, pero si el objeto está inmóvil en el aire, no se realiza ningún trabajo. Si el objeto se mueve lentamente hacia arriba, el trabajo es positivo, pero si en cambio desciende lentamente a pesar del esfuerzo de la fuerza sobre él, la fuerza tiene trabajo negativo.
También podemos verlo desde la perspectiva de la fuerza que intenta mover el libro hacia abajo, su peso. El trabajo del peso sobre un libro que se levanta es negativo. Esto se debe a que el peso hacia abajo está en la dirección opuesta al desplazamiento hacia arriba.
El trabajo se considera realizado cuando es positivo.
Es la fuerza la que realiza el trabajo, no el agente que creó la fuerza. El movimiento es un requisito del trabajo.
Al igual que la energía, es una cantidad escalar, y su unidad del SI es el julio. La conducción del calor no se considera una forma de trabajo, ya que no existe una fuerza medible macroscópicamente, sino sólo las fuerzas microscópicas que se producen en las colisiones atómicas. El término trabajo fue creado en la década de 1830 por el matemático francés Gaspard-Gustave Coriolis.
Según el teorema trabajo-energía, si una fuerza externa actúa sobre un objeto rígido, haciendo que su energía cinética cambie de Ek1 a Ek2 , entonces el trabajo mecánico (W) viene dado por:
donde m es la masa del objeto y v es la velocidad del objeto.
Un lanzador de béisbol realiza un trabajo sobre la pelota transfiriéndole energía.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el trabajo en física?
R: El trabajo es la fuerza que experimenta un objeto cuando se le aplica una fuerza durante un tiempo determinado.
P: ¿Cómo se representa matemáticamente el trabajo?
R: El trabajo se representa mediante la fórmula W=Fs cos è, donde W representa el trabajo, F representa la magnitud de la fuerza, s representa el desplazamiento y cos è representa el ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección real del desplazamiento.
P: ¿Qué ocurre si hay un ángulo entre la dirección de la fuerza y el desplazamiento?
R: Si hay un ángulo entre la dirección de la fuerza y el desplazamiento, entonces se realizará menos trabajo, ya que es menos eficiente que empujar en una dirección paralela. Cuanto más perpendicular (90°) a la dirección de la fuerza, entonces más trabajo se aproxima a cero. Si es mayor de 90°, entonces el movimiento total será en dirección opuesta a la que pretendía la fuerza; lo que resulta en un trabajo negativo.
P: ¿Se considera que la conducción del calor es una forma de trabajo?
R: No, la conducción del calor no se considera una forma de trabajo, ya que no hay fuerzas macroscópicas medibles; sólo fuerzas microscópicas que se producen en las colisiones atómicas.
P: ¿Quién creó el término "trabajo"?
R: El término 'trabajo' fue creado por el matemático francés Gaspard-Gustave Coriolis en la década de 1830.
P: ¿Qué establece el teorema Trabajo-Energía?
R: Según el teorema Trabajo-Energía, si una fuerza externa actúa sobre un objeto rígido haciendo que su energía cinética cambie de Ek1 a Ek2, entonces el trabajo mecánico (W) puede calcularse mediante mv2/2 - mv1/2 , donde m representa la masa y v la velocidad.
