Trabajo de una fuerza
Matemáticamente, la afirmación anterior se expresa de la siguiente manera
W = (F cos θ) d = F. d
Donde,
- W es el trabajo realizado por la fuerza.
- F es la fuerza, d es el desplazamiento causado por la fuerza
- θ es el ángulo entre el vector fuerza y el vector desplazamiento
Unidad de trabajo
La unidad de trabajo del SI es el julio (J), que se define como el trabajo realizado por una fuerza de 1 Newton al desplazar un objeto a través de una distancia de 1 metro en la dirección de la fuerza.
Un levantador de pesas levanta una pesa de 25 kg y la desplaza del suelo 2 m. Aquí, el trabajo realizado sobre la pesa es contra la gravedad.
El trabajo realizado sobre la pesa en contra de la gravedad puede calcularse como sigue
Trabajo realizado = (Masa × aceleración debida a la gravedad) × Desplazamiento
= (25 × 9.8) × 2 J
Factores que afectan al trabajo
Consideremos ahora los factores de los que depende el trabajo realizado sobre un objeto por una fuerza.
Fuerza:
La fuerza se define como un empuje o una atracción que puede hacer que cualquier objeto con masa cambie su velocidad y aceleración. La fuerza es una cantidad vectorial y tiene tanto una magnitud como una dirección. Si la fuerza que actúa sobre un objeto es cero, independientemente del estado del objeto (dinámico o estático), el trabajo realizado por la fuerza es cero.
Desplazamiento:
El desplazamiento es una cantidad vectorial que da la distancia más corta entre la posición inicial y la posición final de cualquier objeto. Si el desplazamiento resultante en la dirección de la fuerza, debido a la fuerza que actúa sobre cualquier objeto es cero, el trabajo neto realizado por esa fuerza sobre ese objeto es cero. Por ejemplo, si empujamos una pared rígida con todas nuestras fuerzas y aún así no la desplazamos, entonces podemos decir que no hemos realizado ningún trabajo sobre la pared.
El ángulo entre el vector fuerza y el vector desplazamiento
El trabajo realizado por una fuerza sobre un objeto puede ser positivo, negativo o nulo, dependiendo de la dirección de desplazamiento del objeto con respecto a la fuerza. Para un objeto que se desplaza en la dirección opuesta a la de la fuerza, como el rozamiento que actúa sobre un objeto que se desplaza en la dirección de avance, el trabajo que se realiza debido a la fuerza de rozamiento es negativo.
Trabajo realizado
Del mismo modo, un objeto experimenta una fuerza nula cuando el ángulo de desplazamiento es perpendicular a la dirección de la fuerza. Consideremos un ejemplo de un coolie que levanta una masa sobre su cabeza moviéndose en un ángulo de 90˚ con respecto a la fuerza de gravedad. En este caso, el trabajo realizado por la gravedad sobre el objeto es nulo.
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