Teoria De Trabajo Mecanico 6a4b3b

Trabajo Mecánico TRABAJO MECANICO

DEFINICION

En física la palabra trabajo no tiene el mismo significado que en el lenguaje cotidiano. Por ejemplo, cuando sostenemos una maleta estamos realizando un esfuerzo, pero no realizamos trabajo. ¿Qué es el trabajo? Se define trabajo (W) como el producto de la fuerza aplicada (F) por la distancia (s) que recorre esa fuerza en su misma dirección:

El trabajo es el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida

Para que exista trabajo, desde el punto de vista físico, deben cumplirse dos condiciones: • • •

Que se ejerza una fuerza. Que esta se realice a lo largo de un desplazamiento que no sea perpendicular a la fuerza. Cuando la fuerza que se realiza tiene la misma dirección y sentido que el desplazamiento, el trabajo es positivo: W=F·s

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Trabajo Mecánico •

Si esta fuerza tiene la misma dirección que el desplazamiento, pero sentido opuesto, su valor es negativo: W = -F · s

•

Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, el valor del trabajo es nulo: W=0

El trabajo depende del valor de la fuerza, del desplazamiento del cuerpo y de la dirección o ángulo que forme la fuerza aplicada con el desplazamiento. Si la fuerza forma un ángulo comprendido entre 0° y 90°, el trabajo es positivo y varía desde su valor máximo (0°) hasta 0 (90°). Si el ángulo está comprendido entre 90° y 180°, el trabajo es negativo y varía entre 0 y el mayor valor negativo. De forma general se puede expresar el trabajo en función del ángulo que forma la fuerza con el desplazamiento utilizando la función trigonométrica coseno de un ángulo (cos α): W = F · s · cos α La unidad de trabajo en el Sistema Internacional (SI) es el julio ( J)· Un julio es el trabajo necesario para trasladar una fuerza de 1 N un espacio de 1 m. 1J=1N·1m Evidentemente, al ser el trabajo un intercambio de energía mecánica, las unidades de trabajo son las mismas que las de energía.

Signo del trabajo en función de las direcciones y sentidos relativos entre la fuerza ejercida y el desplazamiento

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Trabajo Mecánico

Representación gráfica del trabajo La representación del módulo de la fuerza que actúa en la dirección y sentido del movimiento frente al desplazamiento de su punto de aplicación nos proporciona una manera de calcular el valor del trabajo realizado. El valor numérico del trabajo vendrá dado por el área de color verde en la figura A. Cuando el módulo de la fuerza es constante, el trabajo es el área de un rectángulo (fig. B). En el caso de una fuerza que sea, en módulo, directamente proporcional al desplazamiento (fig. C), el trabajo coincide con el área de color verde.

Imagen:

Trabajo con fuerza y trayectoria constantes.

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Trabajo Mecánico El trabajo, en mecánica clásica, es el producto de una fuerza por la distancia que recorre y por el coseno del ángulo que forman ambas magnitudes vectoriales entre sí.

En mecánica el trabajo efectuado por una fuerza aplicada sobre un cuerpo durante un cierto desplazamiento se define como la integral del producto escalar del vector fuerza por el vector desplazamiento. El trabajo es una magnitud física escalar, y se representa con la letra (del inglés Work) o (de Labor) para distinguirlo de la magnitud temperatura, normalmente representada con la letra .

Hay casos en los que el cálculo del trabajo es particularmente sencillo. Si el módulo de la fuerza es constante y el ángulo que forma con la trayectoria también es constante tendremos: Fuerza (F) por distancia(d) será igual a Trabajo(W).

Esto es por ejemplo una fuerza constante y una trayectoria rectilínea.

Fuerza paralela a una trayectoria rectilínea Si además la fuerza es paralela al desplazamiento tendremos:

Y si la fuerza es antiparalela al desplazamiento:

Fuerza y trabajo mecánico El concepto de trabajo mecánico aparece estrechamente vinculado al de fuerza. De este modo, para que exista trabajo debe aplicarse una fuerza mecánica 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.

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Trabajo Mecánico Donde: es el ángulo que forman la dirección de la fuerza y el desplazamiento. Así pues, el trabajo es una magnitud escalar, que alcanza su valor máximo 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 sobre el objeto y de la distancia recorrida. En la figura, se obtiene el mismo trabajo empujando el cuerpo oblicuamente por la plataforma que con ayuda de una polea.

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

Relación entre trabajo y energía También se llama trabajo a la energía usada para deformar o desplazar un cuerpo contra una resistencia o aceleración o, en general, alterar la energía de cualquier sistema físico. El concepto de trabajo está ligado íntimamente al concepto de energía y ambas magnitudes se miden en la misma unidad, el joule. Esta relación puede verse en el hecho que, del mismo modo que existen distintas definiciones de energía para la mecánica y la termodinámica, también existen distintas definiciones de trabajo en cada rama de la física. Es una magnitud de gran importancia para establecer nexos entre las distintas ramas de la física. Trabajo y energía son conceptos que empezaron a utilizarse cuando se abordó el estudio del movimiento de los cuerpos.

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Trabajo Mecánico Trabajo mecánico y energía El concepto de trabajo mecánico en la vida diaria es muy intuitivo. Cuando una persona sube un objeto pesado desde la calle hasta un edificio, efectúa un trabajo. En el lenguaje corriente, la realización de un trabajo se relaciona con el consumo de energía. Así, los conceptos de trabajo y energía aparecen identificados no sólo en las teorías físicas, sino también en el lenguaje coloquial.

Relación entre trabajo y energía La realización de trabajo puede verse también como un consumo de energía. No obstante, la noción de energía es más amplia que la de trabajo. Aunque, genéricamente, se define energía como la capacidad de un cuerpo para realizar trabajo, también comprende el calor, o transferencia de energía de un sistema material a otro, como una de sus manifestaciones más comunes. Por tanto, el trabajo y el calor son dos manifestaciones posibles de la energía.

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Trabajo Mecánico Un muelle estirado y un cuerpo sostenido sobre una superficie pueden realizar trabajo, al comprimirse o caer al suelo. Ambos son ejemplos de sistemas provistos de energía susceptible de convertirse en trabajo. Relación entre energía y trabajo El trabajo es una manifestación de la energía. Ahora bien, por su definición, el trabajo es una magnitud escalar que atendiendo a la disposición de la fuerza y el desplazamiento puede ser positiva, negativa o nula: •

Cuando el trabajo es positivo, se dice que la fuerza inductora ha aportado energía. Así sucede cuando se comprime un muelle o se levanta un peso.

•

Si el trabajo es negativo, la fuerza ha absorbido energía (por ejemplo, al soltar un muelle o dejar caer un objeto).

•

Si el trabajo es nulo, no existen variaciones en el balance energético del sistema.

Ejemplo de trabajo nulo, donde el cuerpo se desliza por una superficie horizontal que es perpendicular al peso (en el ejemplo, esta fuerza ni absorbe ni aporta energía).

Unidades de trabajo Sistema Internacional de Unidades • •

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Kilojulios, 10 julios Julio, unidad básica de trabajo en el SI

Sistema inglés • •

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Termia inglesa (th), 10 BTU BTU, unidad básica de trabajo este sistema

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Trabajo Mecánico Sistema técnico de unidades • • • • • •

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Termia internacional (también th), 10 cal Kilocaloría (kcal), 10³ cal Caloría internacional (cal), unidad básica de este sistema Frigoría, contraparte de la caloría, equivale a -1 caloría. Kilopondímetro (kpm) Caballos de vapor hora (HP/Hr.)= (HPr)

Sistema cegesimal •

-7

Ergio, 10 julios

Sistema técnico inglés •

pie-libra (ft·lb)

Otras unidades [editar] • • • •

Kilovatio-hora Caloría termoquímica (cal TQ ) Termia EEC. Litro-atmósfera (l·atm)

BIBLIOGRAFIA • • • • •

Serway, Raymond A., Física, Tomo 1, Mc. Graw-Hill, México D.F. México, 1988 F. Sánchez, Introducción a la Física, Folleto de elaboración, ed. 2002 A. Álvarez – E. Huayta, Física Mecánica, 2º Edición, Facultada de Ingeniería, La Paz, Bolivia, 2002 Paul W. Zitzewitz, física 1, principios y problemas, Mc. Graw-Hill, Santafé de Bogotá, Colombia, 1995 Física, David Holliday, Robert Resnick; Compañia Editorial Continental, S.A., 1974

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