Una fuerza de 90 N mueve su punto de aplicación una distancia de 36 m en su misma dirección. ¿Cuál es el trabajo realizado?
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
El problema fundamental de la Mecánica es describir como se moverán los
cuerpos si se conocen las fuerzas aplicadas sobre él. La forma de hacerlo es
aplicando la segunda Ley de Newton, pero si la fuerza no es constante, es decir la aceleración no es constante, no es fácil determinar la velocidad del cuerpo ni tampoco su posición, por lo que no se estaría resolviendo el problema.
Los conceptos de trabajo y energía se fundamentan en las Leyes de Newton,
por lo que no se requiere ningún principio físico nuevo. Con el uso de estas
dos magnitudes físicas, se tiene un método alternativo para describir el movimiento, espacialmente útil cuando la fuerza no es constante, ya que en estas
condiciones la aceleración no es constante y no se pueden usar las ecuaciones
de la cinemática anteriormente estudiadas. En este caso se debe usar el proceso matemático de integración para resolver la segunda Ley de Newton. Ejemplos de fuerzas variables son aquellas que varían con la posición, comunes en
la naturaleza, como la fuerza gravitacional o las fuerzas elásticas.
5.1 TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE.
Si la fuerza F que actúa sobre una partícula es constante (en magnitud y dirección) el movimiento se realiza en línea recta en la dirección de la fuerza. Si la
partícula se desplaza una distancia x por efecto de la fuerza F (figura 5.1), entonces se dice que la fuerza ha realizado trabajo W sobre la partícula de masa
m, que en este caso particular se define como:
W = F x
Figura 5.1 Fuerza horizontal constante que realiza un desplazamiento x.
Cap. 5 Trabajo y Energía.
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Si la fuerza constante no actúa en la dirección del movimiento, el trabajo que
se realiza es debido a la componente x de la fuerza en la dirección paralela al
movimiento, como se ve en la figura 5.2a. La componente y de la fuerza, perpendicular al desplazamiento, no realiza trabajo sobre el cuerpo.
Figura 5.2a Fuerza constante que forma un ángulo α con el desplazamiento x.
Si α es el ángulo medido desde el desplazamiento x hacia la fuerza F, el valor
del trabajo W es ahora:
W = (F cosα)x
De acuerdo a la ecuación anterior, se pueden obtener los siguientes conclusiones:
a) si α = 0º, es decir, si la fuerza, como en la figura 5.1, o una componente de
la fuerza, es paralela al movimiento, W = (F cos 0) x = F x;
b) si α = 90º, es decir, si la fuerza o una componente de la fuerza es perpendicular al movimiento, W = (F cos90) x = 0, no se realiza trabajo;
c) si la fuerza aplicada sobre el cuerpo no lo mueve, no realiza trabajo ya que
el desplazamiento es cero;
d) si 0 < α < 90º, es decir, si la fuerza tiene una componente en la misma dirección del desplazamiento, el trabajo es positivo;
e) si 90º < α < 180º, es decir, si la fuerza tiene una componente opuesta a la
dirección del desplazamiento, el trabajo es negativo.
De estas conclusiones se deduce que el trabajo, para una fuerza constante,
Explicación: