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Trabajo

En el campo de la Física no se habla de trabajo simplemente, sino de Trabajo Mecánico y se dice que una fuerza realiza trabajo cuando desplaza su punto de aplicación en su misma dirección. El Trabajo Mecánico se puede designar con la letra T o W.
Cuando se levanta un objeto pesado contra la fuerza de gravedad se hace trabajo. Cuanto más pesado sea el objeto, o cuanto más alto se levante, mayor será el trabajo realizado. En todos los casos en los que se realiza un trabajo intervienen dos factores: (1) la aplicación de una fuerza y (2) el movimiento de un objeto, debido a la acción de dicha fuerza.

Considere el caso más simple en que la fuerza es constante y el movimiento es en línea recta y en la dirección de la fuerza. Entonces el trabajo que realiza la fuerza aplicada sobre un objeto se define como el producto de la fuerza por distancia que recorre el objeto. El trabajo es el producto de la componente de la fuerza que se ejerce en la dirección del movimiento por la distancia recorrida. En forma abreviada
Trabajo = Fuerza X distancia
T = F.d


Si levantas dos cargas a una altura de un piso, haces el doble de trabajo que si levantas una carga porque requiere el doble de fuerza para levantar el doble de peso. Análogamente, si levantas una carga a una altura de dos pisos en lugar de uno, realizas el doble trabajo porque la distancia es doble.Observa que en la definición de trabajo intervienen una fuerza y una distancia. Un levantador de pesas que sostiene sobre su cabeza unas pesas de 1000 New no realiza trabajo sobre la barra. Quizá se fatigue al hacerlo, pero si la barra no se mueve por la acción de la fuerza que él ejerce, el levantador de pesas no realiza trabajo alguno.


Tal vez realice trabajo sobre los músculos por estiramiento y contracción, que tienen el efecto de una fuerza por una distancia en la escala biológica, pero este trabajo no se está realizando sobre la barra. Cuando el levantador de pesas las levanta del suelo, está realizando trabajo sobre la barra.

En general, el trabajo se puede dividir en dos categorías. Una de ellas es cuando se hace trabajo contra otra fuerza. Cuando un arquero extiende la cuerda del arco está haciendo trabajo contra las fuerzas elásticas del arco., se hace trabajo contra la fuerza de gravedad. Cuando haces abdominales estás haciendo trabajo contra tu propio peso. Se hace trabajo sobre un objeto cuando lo fuerzas a moverse en contra de la acción de una fuerza opuesta... con frecuencia la fricción.

El otro tipo de trabajo es el que se realiza para hacer cambiar la rapidez de un objeto. Es la clase de trabajo que se requiere para aumentar o disminuir la velocidad de un auto.

La energía puede transferirse o cambiar de forma si se ejerce una fuerza sobre un objeto mientras se mueve a cierta distancia. Esta forma de transferencia de energía se denomina “hacer trabajo”. Considere un cuerpo que es arrastrado sobre una superficie horizontal, sometido a la acción de una fuerza . Suponga que la fuerza es constante y que el cuerpo se desplaza una distancia d.


Siendo q el ángulo entre y la dirección del desplazamiento del cuerpo, el trabajo T realizado por la fuerza , se define de la siguiente manera: El trabajo que desarrolla una fuerza constante , que forma un ángulo q con el desplazamiento , está dado por: T =F.d.cos q
Donde F y d son los módulos de la fuerza y el desplazamiento respectivamente.

El trabajo realizado por una fuerza constante que forma con el desplazamiento un ángulo q, es una magnitud escalar que se mide por el producto de los módulos de desplazamiento y la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento.


Si se aplica una fuerza a un cuerpo y éste no sufre desplazamiento alguno (d=0), el trabajo de dicha fuerza es nulo. De modo que si una persona sostiene un objeto muy pesado sin desplazarlo no está realizando trabajo desde el punto de vista de la física. El ejemplo anterior muestra que el concepto físico del trabajo no concuerda con el concepto ordinario de la palabra; es decir, que aunque la persona “sude la gota gorda” sosteniendo el cuerpo, si no cambia de posición, físicamente su trabajo realizado es nulo. Sin embargo, desde el punto de vista del lenguaje común, dicha persona si estaría trabajando.

El Trabajo Mecánico, como producto de dos magnitudes
( y ) que tienen módulo, dirección y sentido, ofrece varias modalidades que se deben analizar de acuerdo a la ecuación T =F.d.cosq :
1) Cuando q = 0º, se tiene que cos 0º= 1. En este caso y tienen la misma dirección y sentido y el trabajo mecánico es máximo: T =F.d

2) Cuando q = 90º, se tiene que cos 90º = 0. En este caso la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares entre sí y el trabajo realizado es nulo: T = 0

3) Cuando 0º q < 90º, el trabajo es positivo, por ser cos q  positivo. En este caso la fuerza aplicada al objeto tiene una componente en la misma dirección y sentido del desplazamiento.

4) Cuando 90º < q  180º el trabajo es negativo por ser cos q negativo. En este caso la fuerza aplicada al objeto tiene una componente en la misma dirección del desplazamiento, pero de sentido opuesto.


Trabajo resistente

De acuerdo con lo anterior también se puede expresar el Trabajo así:
Trabajo Motor: T = F.d
Trabajo Resistente: T = - F.d
Trabajo Útil: Como el trabajo resultante de las suma algebraicas de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y que realizan trabajo mecánico.
T
= T1 + T3 + ... Tn

Posibilidades para que sobre un cuerpo se realice un trabajo nulo
Si un cuerpo se ha desplazado, no necesariamente se ha efectuado trabajo sobre él; es el caso que contempla la primera ley de Newton, que un cuerpo que se mueve a velocidad constante en movimiento rectilíneo, a pesar de que el cuerpo se está desplazando, la fuerza neta aplicada sobre él es nula. Luego, el trabajo realizado sobre el cuerpo es nulo. El trabajo Tefectuado sobre un cuerpo es cero, siendo distinta de cero y el desplazamiento neto del cuerpo igual a cero.


Cuando la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares, es decir, forman ángulo de 90º; en dicha situación el trabajo es nulo por ser cos 90º = 0; luego, toda fuerza perpendicular al desplazamiento no efectúa trabajo sobre el cuerpo.

Joule

La unidad de medida de trabajo en el sistema internacional o MKS es:
1 Newton X 1 metro = 1New.m.
Esta unidad se denomina Joule en honor al físico inglés del siglo XIX James P, Joule quien realizó diversos trabajos en el campo de estudio de la energía. Luego:

1 New.m = 1 Joule = 1

Otra unidad para medir trabajo es el ergio (erg), que es igual a:

1ergio = 1dina.cm

1J= 107 ergios.


Al igual que un kilográmetro (Kgm) es el trabajo realizado por la fuerza de un Kilopondio (Kp) cuando su punto de aplicación se desplaza un metro (m) en su misma dirección. 1Kgm = 9,8 Joules.

Un joule es el trabajo realizado por la fuerza de un Newton cuando su punto de aplicación se desplaza un metro en su misma dirección



Trabajo y energía

Una de las característica de la energía es que puede ser transferida; es decir puede pasar de un cuerpo a otro. El agua que hace girar las turbinas de un generador pierde energía y es retardada en su movimiento. La rueda se pone en marcha y consecuentemente gana energía. El trabajo realizado sobre la rueda da una medida de la cantidad de energía transferida de un sistema a otro. Se puede aceptar que un cuerpo posee energía cuando es capaz de realizar un trabajo sobre otro.



Por ejemplo, una persona es capaz de realizar el trabajo de levantar un cuerpo debido a la energía que le proporcionan los alimentos que ingiere. Del mismo modo, el vapor de agua de una caldera posee energía puesto que es capaz de efectuar el trabajo de mover las turbinas de una planta generadora de electricidad.


 
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