En ciencia, solo se realiza trabajo cuando una fuerza desplaza un objeto en la dirección de la fuerza, y su valor es la fuerza por la distancia recorrida: W = Fd.
Por eso, por mucha fuerza que hagas contra una pared, si la pared no se mueve, el trabajo realizado es cero.
Al hacer trabajo sobre un objeto se le transfiere esa misma cantidad de energía, y aumenta su energía cinética o su energía potencial.
En el dibujo de abajo, al cambiar la fuerza y la distancia cambian a la vez la distancia que se empuja la caja, el trabajo realizado y la energía que recibe la caja.
El trabajo en ciencia
📦 El trabajo de todos los días y el trabajo en física
①En el lenguaje de todos los días, estudiar o estar mucho rato de pie también es trabajo
②En física solo hay trabajo cuando una fuerza actúa sobre un objeto y el objeto se mueve en la dirección de esa fuerza
③Si empujas con fuerza una pared que no se mueve, la distancia es cero y el trabajo también
④Al llevar una mochila caminando en llano, la fuerza para sostenerla (hacia arriba) es perpendicular al movimiento (hacia un lado), así que esa fuerza no realiza trabajo
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Trabajo W = Fd al empujar una caja una distancia d con una fuerza F, y energía que recibe la caja
50 N
5 m
Trabajo y energía
⚡ La energía es la capacidad de realizar trabajo
①Al realizar trabajo sobre un objeto, su energía aumenta en la misma cantidad
②Al levantar un objeto aumenta su energía potencial
③Al empujarlo para que vaya más deprisa aumenta su energía cinética
④Al revés, un objeto con energía puede realizar trabajo sobre otro; el agua que cae desde lo alto y mueve una noria es un ejemplo
Energía cinética y energía potencial
🔋 Energía en el movimiento y en la altura
①La energía cinética es la que tiene un objeto en movimiento; es proporcional a la masa y al cuadrado de la rapidez
②La energía potencial es la que tiene un objeto elevado; es proporcional a la masa y a la altura
③La suma de la energía cinética y la potencial se llama energía mecánica
④Sin rozamiento ni resistencia del aire, la energía mecánica se conserva
Resumen
Definición de trabajo
W = F × d
trabajo (J) = fuerza (N) × distancia recorrida en la dirección de la fuerza (m)
Energía cinética
Ek = 12mv2
Proporcional a la masa y al cuadrado de la rapidez
Energía potencial
Ep = mgh
masa × aceleración de la gravedad (unos 9,8 m/s²) × altura
🎯 Lo que suele preguntarse
①trabajo = fuerza × distancia recorrida en la dirección de la fuerza, en J (= N·m)
②Si la fuerza es perpendicular al movimiento o la distancia es cero, no se realiza trabajo
③Al realizar trabajo sobre un objeto se le transfiere esa misma energía
④Sin rozamiento, la suma de la energía cinética y la potencial es constante
⑤1 J es el trabajo de una fuerza de 1 N que desplaza un objeto 1 m en su dirección
Ejemplos y evaluación de la unidad
Ejemplo 1
Una fuerza de 10 N desplaza un objeto 5 m en la dirección de la fuerza. ¿Cuánto trabajo realiza, en J?
1
La fuerza y el movimiento van en la misma dirección, así que trabajo = fuerza × distancia.
2
trabajo = 10 N × 5 m = 50 J.
▸ 50 J
Los mismos 50 J se pueden realizar empujando con 25 N a lo largo de 2 m. El trabajo es fuerza por distancia, así que ninguna de las dos lo decide por sí sola.
Ejemplo 2
Un objeto de 2 kg de masa se mueve a 3 m/s. ¿Cuál es su energía cinética, en J? (energía cinética = ½mv²)
1
energía cinética = ½ × masa × rapidez².
2
½ × 2 kg × (3 m/s)² = ½ × 2 × 9 = 9 J.
▸ 9 J
La energía cinética depende del cuadrado de la rapidez, así que el mismo objeto a 6 m/s tiene cuatro veces más: 36 J.
Evaluación de unidad
¿Cuál afirmación sobre el trabajo y la energía es correcta?
①Por mucho que empujes una pared, si no se mueve el trabajo realizado es cero
②La unidad de trabajo es el newton (N)
③La energía cinética es directamente proporcional a la rapidez
④La energía potencial es la misma sin importar la altura
⑤Se realiza trabajo aun cuando la fuerza es perpendicular al movimiento
▸ ① Por mucho que empujes una pared, si no se mueve el trabajo realizado es cero
1
La unidad de trabajo es el julio (J) (② falso), y la energía cinética es proporcional al cuadrado de la rapidez (③ falso).
2
La energía potencial mgh es proporcional a la altura (④ falso) y cuando la fuerza es perpendicular al movimiento el trabajo es cero (⑤ falso); sin movimiento el trabajo realizado es cero (① correcto).