Incompleto DEFINICIÓN DE TRABAJO MECÁNICO Trabajo es una noción con múltiples acepciones. En este caso, nos interesa su significado vinculado al producto de una fuerza. Mecánico, por su parte, es un término que está relacionado con la rama de la física que se centra en el movimiento y el equilibrio de los objetos que están sometidos a la influencia de una fuerza. Se llama trabajo mecánico a aquel desarrollado por una fuerza cuando ésta logra modificar el estado de movimiento que tiene un objeto. El trabajo mecánico equivale, por lo tanto, a la energía que se necesita para mover el objeto en cuestión. En este contexto, el trabajo mecánico puede entenderse como una magnitud física de tipo escalar, que se expresa mediante la unidad de energía conocida como julio. Siempre que una fuerza se aplica sobre un cuerpo y lo desplaza, realiza un trabajo mecánico que puede medirse en julios. Cuando el trabajo mecánico (que se simboliza con una letra W, por el término inglés “work”) es expresado a través de una ecuación, se menciona que W es igual a la fuerza que se aplica por la distancia que se recorre. Esto se debe a que el trabajo mecánico supone que la fuerza se aplica en una determinada trayectoria. Un ejemplo simple de trabajo mecánico lo encontramos cuando un trabajador empuja una carretilla cargada con ladrillos desde un sector de una obra en construcción hacia otro. La persona aplica una fuerza para mover la carretilla: por lo tanto, efectúa un trabajo mecánico. La aplicación de dicha fuerza se mantiene hasta que el hombre deja de empujar la carretilla; una vez que deja de empujar (es decir, de desarrollar el trabajo mecánico), la carretilla se detiene. Es importante que conozcamos también que el trabajo que nos ocupa, si tenemos en consideración tanto lo que es el desplazamiento que acomete como la fuerza y el ángulo que generan, puede clasificarse en varios tipos: -El trabajo negativo o resistente, que vendría a ser, por ejemplo, el de la fuerza de rozamiento y que se expresa mediante W<0. -El trabajo positivo, también llamado trabajo a motor, que se expresa mediante esta manera W>0. Un claro ejemplo de este tipo es el trabajo que viene a realizar un buey que tira de un arado. -El trabajo nulo, que podría ser el que realiza cualquier persona, en lo que se refiere a fuerza y a peso, cuando se desplaza en su coche. Se expresa de la siguiente forma: W=0. Cuando se habla de trabajo mecánico es habitual que, de la misma manera, se opte por hacer mención a otros dos tipos de trabajo que existen y que son especialmente utilizados en el ámbito de la Física, en pro de entender el mundo que nos rodea. Nos estamos refiriendo en concreto a estos: -Trabajo eléctrico, que, como su propio nombre indica, se refiere al conjunto de cargas y de movimiento de estas en el interior de un campo eléctrico concreto. -Trabajo termodinámico. Este viene a mencionar a lo que es el conjunto de cambios que unos cuerpos experimentan en lo que se refiere a sus volúmenes cuando se encuentran sometidos a distintas presiones o cuando están sometidos a distintas temperaturas. UNIDAD I: TRABAJO MECÁNICO Entorno y sistema Desde un punto de vista físico, un sistema puede ser un objeto ( o partícula), varios objetos o una región del espacio. En cualquier caso, un sistema puede cambiar de tamaño y forma, cmo una pelota de tenis que se deforma al golpear contra la raqueta. La frontera del sistema es una superficie imaginaria que puede coincidir con una superficie física, y separa al universo en dos partes: el sistema y el entorno del sistema. Trabajo mecánico Cuando sobre un sistema mecánico se aplica una fuerza neta y esta produce desplazamiento, entonces se dice que esa fuerza efectua un trabajo mecánico, el cual puede ser positivo si el sistema gana energía o negativo si el sistema pierde energía. En el S.I se mide en Joule y comunmente se usa otra unidad llamada caloría, para referirse al trabajo mecánico. 1 Joule = 1 Newton · 1 metro = kg m²/s² 4,18 Joule = 1 Cal Figura I Figura 2 Como se puede observar, cuando la fuerza no va paralela al desplazamiento, sólo realiza trabajo mecánico la componente de esa fuerza que está en dirección del vector desplazamiento, por ello en la ecuación a parece la función coseno, aplicada sobre el ángulo entre ellos. Específicamente, el trabajo es el producto punto entre la fuerza y el desplazamiento. Importancia del ángulo en el trabajo Como hemos visto, en la ecuación de trabajo, el último término es una función conseno aplicada a un ángulo. Este ángulo nos permitirá saber cuando el trabajo es negativo, cuando es positivo y cuando es nulo. En el primer caso cuando el trabajo es positivo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo que va desde los 0° hasta los 89°, siendo máximo cuando la fuerza y el desplazamiento van en la misma dirección y sentido ( ángulo entre ellos 0, cos 0° =1) En el segundo caso cuando el trabajo es negativo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo mayor a 91° hasta los 180°, siendo máximo, pero de forma negativa cuando el ángulo es 180, pues cos 180° = -1 En el tercer caso cuando el trabajo es nulo, la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo de 90°, por lo que el cos 90° = 0, demostrando que el trabajo es cero. La niña de la imagen aplica sobre la carretilla una fuerza F,constante, que mantiene un ángulo θ = 60º con respecto a la horizontal. Fy y Fx son las componentes rectangulares de F. De acuerdo al planteamiento del trabajo, sólo la componente de la fuerza que es paralela al desplazamiento realiza trabajo sobre la carretilla. Por lo general no hay sólo una fuerza aplicada sobre un sistema mecánico, para ello se calcula el trabajo hecho por cada fuerza y se suma de manera de obtener el trabajo neto. Wneto= WP+WN+WFR+WF Potencia del Trabajo La potencia se puede entender como la rapidez con la que se efectúa trabajo y se define como el trabajo realizado por unidad de tiempo. La potencia mecánica se simboliza con la letra P P = W/Δt También la potencia la podemos expresar en término de la velocidad, para cuando la fuerza es constante P =F v Las unidades para la potencia en el S.I son el Watts, el cual se define como Joule/s, de esta manera las equivalencias de otras unidades con el Watts son: 1 kW= 1000 W 1 Hp=746 W
