Los conceptos TRABAJO y ENERGÍA, son sumamente importantes en Física.
En general, todos los movimientos implican transformaciones energéticas.
Abordaremos ahora estos conceptos.
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Trabajo efectuado por una fuerza constante
Mecánicamente, el trabajo implica fuerza y desplazamiento, y usamos la palabra trabajo para describir cuantitativamente lo que se logra cuando una fuerza mueve un objeto cierta distancia. En el caso más sencillo de una fuerza constante que actúa sobre un objeto, el trabajo se define como sigue: El trabajo efectuado por una fuerza constante que actúa sobre un objeto es igual al producto de las magnitudes del desplazamiento y el componente de la fuerza paralelo a ese desplazamiento
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Para una fuerza constante F que actúa en la misma dirección que el desplazamiento d , el trabajo (W) se define como el producto de sus magnitudes: W= F x d
El TRABAJO es una magnitud escalar
Se mide en JOULE. Siendo 1J = 1 N x m
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En general, lo único que efectúa trabajo es una fuerza, o componente de fuerza, paralela a la línea de movimiento o desplazamiento del objeto.
Es decir, si la fuerza actúa con un ángulo α con respecto al desplazamiento del objeto,
Fx= F x cos α
será el componente de la fuerza paralelo al desplazamiento.
Por lo tanto, una ecuación más general para el trabajo efectuado por una fuerza constante es (trabajo realizado por una fuerza constante) es
W = F x d = F x cos α x d
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El teorema trabajo-energía: energía cinética
Ahora que tenemos una definición operativa de trabajo, examinemos su relación con la energía. La energía es uno de los conceptos científicos más importantes. La describimos como una cantidad que poseen los objetos o sistemas. Básicamente, el trabajo es algo que se hace sobre los objetos, en tanto que la energía es algo que los objetos tienen: la capacidad para efectuar trabajo.
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Una forma de energía que está íntimamente asociada con el trabajo es la energía cinética. (despues veremos otra forma de energía, la energía potencial)
Considere un objeto en reposo sobre una superficie sin fricción. Una fuerza horizontal actúa sobre el objeto y lo pone en movimiento. Se efectúa trabajo sobre el objeto, pero ¿a dónde “se va” el trabajo, por decirlo de alguna manera? Se va al objeto, poniéndolo en movimiento, es decir, modificando sus condiciones cinéticas. En virtud de su movimiento, decimos que el objeto ha ganado energía: energía cinética, que lo hace capaz de efectuar trabajo
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Esta ecuación es el teorema trabajo-energía; relaciona el trabajo efectuado sobre un objeto con el cambio en la energía cinética del objeto. Es decir, el trabajo neto efectuado sobre un cuerpo por todas las fuerzas que actúan sobre él es igual al cambio de energía cinética del cuerpo
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Energía potencial
Un objeto en movimiento tiene energía cinética. Sin embargo, sea que un objeto esté o no en movimiento, podría tener otra forma de energía: energía potencial. Como su nombre sugiere, un objeto con energía potencial tiene potencial para efectuar trabajo.
Tal vez el tipo más común de energía potencial sea la energía potencial gravitacional. En este caso, posición se refiere a la altura de un objeto sobre cierto punto de referencia, digamos el piso o el suelo.
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Fisicamente, la ENERGÍA POTENCIAL de un objeto se define como:
Ep= m x g x h
Donde m es la masa del objeto, g la aceleración de la gravedad y h la altura respecto del nivel de referencia.
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La suma de la Ek de un objeto y su Ep se demonima ENERGIA MECÁNICA
Em = Ek + Ep
Em = ½.m. v2 + m.g.h.
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Principio de Conservación de la energía mecánica total
En los sistemas conservativos (ver) la energía mecánica de un objeto en movimiento se mantiene constante.