trabajo mecánico. - Física para todo

FÍSICA.
Grupos: 3º3, 3º4 y 3º5
TRABAJO MECÁNICO.
Al aplicar fuerza sobre un objeto podemos producir cambios en el
movimiento del mismo. Cuando se considera la cantidad fuerza x distancia se
habla de trabajo mecánico.
Entonces podemos establecer que se efectúa trabajo cuando:
1- aplicamos una fuerza y
2- se produce cambios en el movimiento debido a esa fuerza; es decir el objeto
debe desplazarse.
Trabajo mecánico
se representa con
la letra “T” o “W”
(W= work )
Diferentes casos:
-
Primer caso:
Para el caso más sencillo, cuando la fuerza es constante
y el movimiento es en una línea recta en dirección de la fuerza
como en el diagrama, se define el trabajo efectuado por una
fuerza aplicada sobre un objeto como el producto de la fuerza
por el desplazamiento (Δ x ) en que se mueve el objeto:
T=FxΔx
-
Segundo caso:
Sabemos que la fuerza no siempre tiene igual
dirección que la componente del desplazamiento.
La fuerza en el diagrama tiene dirección diagonal;
mientras que la dirección del desplazamiento sigue siendo
horizontal; si unimos ambos vectores (F y Δx ) por su origen,
podemos ver que entre ellos se forma un ángulo, al que
denominaremos “alfa” (  ).
Para incorporar el ángulo formado entre el
desplazamiento y la fuerza utilizamos la función matemática
coseno (cos) de forma tal que generalizamos nuestra
ecuación:
T = F x Δ x x cos 
esta ecuación contiene todos los casos, aquellos en los cuales
ambas magnitudes (F y Δx ) tienen igual dirección y aquellos
en los cuales no los tienen.
El trabajo es una magnitud escalar, es decir que solo tiene
valor y no una representación en el espacio. Su unidad en el S.I es el Joule (J), como la
unidad de la energía.
Prof.: Soledad Portillo.
FÍSICA.
Grupos: 3º3, 3º4 y 3º5
Ejemplos:
1- Pedro le ejerce una fuerza horizontal constante de 16 N a una valija, que se desliza
por una superficie horizontal recorriendo una distancia de 200 cm. Calcula el
trabajo mecánico realizado por la fuerza.
Datos:
F= 16 N
Δx= 200 cm = 2 m
En la letra se nos indica que la
fuerza y el desplazamiento son horizontales. Por lo
tanto este es un ejemplo del primer caso:
T=FxΔx
resolvemos:
T = 16 x2
T = 32 J
Importante: sabemos que en el S.I. la
unidad de desplazamiento es el
metro, por lo tanto convertimos:
1 m __ 100 cm
por lo tanto: Δx= 2 m
Sin embargo, el segundo caso establecía que podíamos aplicar la ecuación de manera
general, si conocíamos el ángulo entre nuestros vectores. La letra del ejercicio nos
permite deducir el ángulo que existirá entre las magnitudes.
Conocemos ahora también el valor del ángulo:
 = 0º
Replanteamos los datos:
F = 16 N
Δx= 200 cm = 2 m
 = 0º
El coseno es una función que sólo
está aplicada a el ángulo, colocamos
los paréntesis, para que la misma se
aplique al mismo y no al resto de los
términos. También podemos resolver
la función cos 0º antes de realizar el
resto de la operación.
T = F x Δ x x cos 
T = 16 x 2 x (cos 0º)
T = 16 x 2 x 1
cos 0º = 1
T = 32 J
La ecuación que corresponde al segundo caso sirve
para resolver todas las situaciones en las que exista ángulo o el valor del mismo sea 0º.
2- Tras un par de metros Pedro decide cambiar su
técnica para trasladar la valija. Ata una cuerda a
la misma y comienza a tirar de ella como se
indica en el dibujo, realiza una fuerza
nuevamente de 16 N, y la desplaza otros 2
metros. a- ¿Cuál es el trabajo mecánico que
realizado por la fuerza?
b- Compare su resultado obtenido con el del primer
ejercicio.
Prof.: Soledad Portillo.
FÍSICA.
Grupos: 3º3, 3º4 y 3º5
Datos:
F = 16 N
Δx = 2 m
 = 35º
a- T = F x Δ x x cos 
T = 16 x 2 x (cos 35º)
T = 16 x 2 x 0,82
T = 26,24 J.
cos 35º = 0,8191… ~ 0,82
b- En el ejercicio anterior: T = 32 J y en el apartado a el T = 26,24 J; el valor obtenido del
trabajo mecánico no sólo depende de la fuerza y el desplazamiento, sino también de el
ángulo. Siempre el mayor valor de trabajo se obtendrá cuando el ángulo sea de 0º.
Prof.: Soledad Portillo.