Tema: Trabajo.
Indicador de logro: Resuelve problemas que involucran el trabajo físico que realiza una fuerza aplicada a un cuerpo.
¿Qué se entiende por trabajo?
En el lenguaje cotidiano tiene diversos significados. En física tiene un significado muy específico para describir lo que se obtiene mediante la acción de una fuerza que se desplaza cierta distancia.
El trabajo efectuado por una fuerza constante, tanto en magnitud como en dirección, se define como: "el producto de la magnitud del desplazamiento por la componente de la fuerza paralela al desplazamiento".
En forma de ecuación: W = F.d donde W denota trabajo, es la componente de la fuerza paralela al desplazamiento neto d. .
En forma más general se escribe:
W=Fdcosθ donde F es la magnitud de la fuerza constante, d el desplazamiento del objeto y θ el ángulo entre las direcciones de la fuerza y del desplazamiento neto. Notemos que Fcosθ es justamente la componente de la fuerza F paralela a d.
El trabajo se mide en Newton x metros, unidad a la que se le da el nombre Joule(J).
1 J = 1 Nm.
Una caja de 40 kg se arrastra 30 m por un piso horizontal, aplicando una fuerza constante Fp = 100 N ejercida por una persona. Tal fuerza actúa en un ángulo de 60º. El piso ejerce una fuerza de fricción o de roce
Fr = 20 N. Calcular el trabajo efectuado por cada una de las fuerzas Fp, Fr, el peso y la normal. Calcular también el trabajo neto efectuado sobre la caja.
Solución: Hay cuatro fuerzas que actúan sobre la caja, Fp, Fr, el peso mg y la normal (que el piso ejerce hacia arriba).
El trabajo efectuado por el peso mg y la normal N es cero, porque son perpendiculares al desplazamiento ( =90º para ellas).
El trabajo efectuado por Fp es:
Wp = Fpxcos θ(usando x en lugar de d) = (100 N)(30 m)cos60º = 1500 J.
El trabajo efectuado por la fuerza de fricción Fr es:
Wr = Frxcos180º = (20 N)(30 m)(-1) = -600 J.
El ángulo entre Fr y el desplazamiento es 180º porque fuerza y desplazamiento apuntan en direcciones opuestas.
El trabajo neto se puede calcular como la suma algebraica del efectuado por cada fuerza:
WNETO = 1500 J +(- 600 J) = 900 J.
Estudiantes,
El siguiente taller debe desarrollarse en grupos y enviarse antes del miércoles 9 de marzo.
1. ¿Qué trabajo realiza una fuerza de 15 N, cuando desplaza un cuerpo 13 m en la misma dirección en que se aplicó?
2. Un deportista de 75Kg asciende por una cuerda hasta una altura de 5,6 m. ¿Qué trabajo realiza el deportista?
3. ¿Qué distancia se desplaza un cuerpo si al aplicarse una fuerza de 160 N, ésta realiza un trabajo de 40J?
4. Determine la fuerza necesaria para realizar un trabajo de 180 J, si el cuerpo debe desplazarse 120m.
5. Un bloque de 9Kg es empujado mediante una fuerza horizontal de 150N durante un trayecto de 26m. Si el coeficiente de rozamiento entre la superficie y el bloque es de 0,3- Halle el trabajo realizado por la fuerza externa, la fuerza de rozamiento y el trabajo neto.