Trabajo Mecánico

Es sabido la definición de trabajo en nuestra vida cotidiana. Ahora bien, cuándo decimos que realizamos un trabajo en Física?.Cuando se aplica una fuerza a un cuerpo cualquiera que lo mueva en la misma dirección y sentido de dicha fuerza, es decir la fuerza aplicada realiza un trabajo mecánico siempre y cuando logre vencer el estado de reposo del cuerpo. La definición de trabajo mecánico (W) en Física es el "producto de la fuerza aplicada (F) por la distancia (d) recorrida del cuerpo", la fórmula fundamental del trabajo mecánico es :

W = F . d

• Existe otro caso del trabajo mecánico en donde la trayectoria del cuerpo y la fuerza (F) son en dirección  vertical y de sentido hacia arriba, elevándose el cuerpo hasta una cierta altura (h) y su fórmula empleada queda establecida como:

W = F. h

• El último caso del trabajo mecánico es cuando el cuerpo se desliza horizontalmente en el suelo pero la fuerza aplicada esta inclinada un cierto ángulo respecto de la horizontabilidad, por ejemplo, si tiro de una piola inclinada 65º atada a una caja, ésta se arrastrará sobre el piso horizontal una distancia (d). La fórmula en este caso varía porque incide el ángulo de inclinación de la fuerza (F) :

W = F . d . cos α

 Definición de Newton

Es la unidad de medida de la fuerza en el Sistema Internacional (S.I.), un Newton (N) es la fuerza aplicada a un cuerpo de un kilogramo masa empujado acelerándose 1 m/s². Cumpliendo con la segunda ley de la Dinámica de Newton "Principio de masa" tenemos

F = m . a

F = 1 Kg . 1 m/s²

F = 1N

Se utiliza con ese nombre por Isaac Newton (1643 - 1727).

Definición sobre Joule

Es la unidad de medida del trabajo mecánico que realiza una fuerza de un Newton aplicada a un cuerpo cualquiera trasladándose un metro de distancia.

W = 1N . 1m

W = 1 J

ó también se escribe  W = 1 Joule

Lleva este nombre a James Prescott Joule (1818 - 1889)

ACTIVIDADES DE APLICACIONES

1) Una fuerza de 150N se aplica a un cuerpo que hace una distancia de 20m.Calcule y grafique el trabajo realizado por la fuerza en Joules y en Kgm (kilográmetro).

2) ¿Cuánto valdrá la fuerza aplicada a un bloque que produjo 147kgm de trabajo mecánico, si se desplazó 3500 cm de distancia? Realizar el gráfico de interpretación.

W = F . d        F =  W/ d

convertimos 3500 centímetros a metros        F = 147 kgm /35 m        simplificamos los metros

F = 4,2 kg

3) El trabajo mecánico realizado por la rueda de un auto es de 250 kgm con una fuerza en el freno de 75kg , calcular y graficar la distancia en la frenada del auto.

W = F . d     despejamos la distancia      d = W/F 

d = 250 kgm / 75 kg        simplificamos los kilogramos

d = 3,33 m

4) Una persona levanta un libro con una fuerza de 0,5 kg a una altura de 1,3 m, calcular el trabajo mecánico efectuado en Joules.

5) ¿Cuál es el trabajo que realiza una persona sobre una valija de 17kg cuando:

a) La levanta 40cm del suelo.

b) Corre con ella una distancia horizontal de 14m.

6) Un obrero de la construcción eleva un material haciendo una fuerza de 9,4 Kg,  produciéndose un trabajo mecánico de 1382 Joules. ¿A qué altura se encontraba el obrero y cómo seria el gráfico?

W = F . h     despejamos la altura      h = W/F 

h = 1382 Joules / 9,4Kg        convertimos 9,4Kg a Newton

h = 1382 Joules / 92,14 N        los Joules provienen de N.m

h= 1382 N.m / 92,14 N        simplificamos los Newton

h = 15 m

7) Se extrae agua desde un pozo de 7 metros de profundidad, haciendo un trabajo mecánico de 46 Joules, calcular cuánto pesa el balde.

8) Indicar el trabajo mecánico en Joules, realizado por un bombero que arrastra a una persona herida de 70 Kg, con un ángulo de 20° en un pasillo envuelto en llamas cuya distancia es de 0,15 km.

W = F . d . cos α          convertimos 0,15 kilómetros a metros          W = 70kg . 150 m . cos 20°

W = 70kg . 150 m . 0,94                    W = 10500 Kgm . 0,94                    W = 9870 Kgm

9) Un jardinero desarrolla un trabajo mecánico de 2275 kilográmetros sobre una cortadora de césped haciendo una distancia de 250m. Calcule  y grafique la fuerza aplica el jardinero si la orquilla de mando forma un ángulo de 53° con la horizontalidad del suelo.

W = F . d . cos α            F = W / (d . cos α)

F = 2275 Kgm / (250m . cos 53°)                F = 2275 Kgm / (250m . 0,6)

F = 2275 Kgm / 150,43 m            simplificamos los metros                F = 15Kg

10) ¿Cuánto valdrá la distancia recorrida por un cuerpo al que se le aplica una fuerza de 37N inclinada a 45º, si se produjo 631 Joules de trabajo mecánico?