Curso de Física. Tema 3: Trabajo y Energía. 3.1 Concepto de trabajo

Summary

En este video, se introduce el concepto de trabajo en física, diferenciándolo del uso cotidiano del término. Se explora la relación entre fuerza y desplazamiento, destacando cómo el trabajo se calcula mediante el producto escalar de ambos vectores. A través de ejemplos prácticos, se abordan situaciones simples y más complejas, como fuerzas no constantes, y se explica la importancia de la dirección de la fuerza en el trabajo realizado. Además, se hace referencia al trabajo realizado por varias fuerzas y la forma de calcular el trabajo en sistemas dinámicos, como el caso de un muelle con fuerza variable.

Takeaways

• 😀 El trabajo en física se define como el producto escalar entre el vector de fuerza y el vector desplazamiento, no simplemente como fuerza por distancia.
• 😀 El trabajo es una magnitud escalar, es decir, un número, a diferencia de la fuerza y el desplazamiento que son vectores.
• 😀 La unidad de trabajo en el Sistema Internacional es el julio (J), que equivale a un newton por metro (N·m).
• 😀 En la fórmula básica para el trabajo, se debe multiplicar la fuerza por el desplazamiento solo si ambos están en la misma dirección. Si no, se usa el coseno del ángulo entre los dos vectores.
• 😀 El trabajo solo se realiza si hay un desplazamiento en la dirección de la fuerza aplicada. Por ejemplo, levantar un libro es trabajo, pero mantenerlo quieto no lo es, aunque implique un esfuerzo físico.
• 😀 Si la fuerza forma un ángulo con el desplazamiento, solo la componente de la fuerza en la dirección del desplazamiento realiza trabajo.
• 😀 El trabajo realizado por una fuerza perpendicular al desplazamiento (como la fuerza normal o el peso en ciertos casos) es cero.
• 😀 Cuando se tienen varias fuerzas actuando sobre un objeto, el trabajo total es la suma de los trabajos individuales realizados por cada fuerza.
• 😀 Si la fuerza no es constante, como en el caso de un resorte, el trabajo se calcula mediante la integral de la fuerza con respecto al desplazamiento.
• 😀 La segunda definición del producto escalar entre dos vectores permite calcular el trabajo cuando se conocen las componentes de la fuerza y el desplazamiento, simplificando el cálculo en lugar de utilizar el ángulo entre ellos.

Q & A

¿Cuál es la diferencia entre el concepto de trabajo en la vida cotidiana y en física?

En la vida cotidiana, asociamos el trabajo con un esfuerzo físico o mental, como estudiar para un examen o cargar un libro. Sin embargo, en física, el trabajo requiere la existencia de una fuerza y un desplazamiento, lo que significa que para que haya trabajo en física debe ocurrir un movimiento.

¿Por qué aguantar un libro en las manos no es considerado trabajo en física?

Aunque levantar un libro implica una fuerza para contrarrestar su peso, el libro no se está desplazando. En física, el trabajo requiere que haya un desplazamiento en la dirección de la fuerza.

¿Qué es lo que caracteriza al trabajo como una magnitud escalar?

El trabajo es una magnitud escalar porque, a pesar de que involucra vectores como la fuerza y el desplazamiento, el trabajo en sí no tiene dirección ni sentido, solo un valor numérico.

¿Cómo se calcula el trabajo en situaciones donde la fuerza no está en la misma dirección que el desplazamiento?

Cuando la fuerza forma un ángulo con el desplazamiento, el trabajo se calcula usando el producto escalar de la fuerza y el desplazamiento. Esto implica multiplicar el módulo de la fuerza por el módulo del desplazamiento y el coseno del ángulo entre ellos.

¿Qué es el producto escalar y cómo se aplica en el cálculo del trabajo?

El producto escalar es una operación entre dos vectores que da como resultado un número (escalar). Para calcular el trabajo, el producto escalar se realiza entre el vector fuerza y el vector desplazamiento, y se expresa como el módulo de la fuerza por el módulo del desplazamiento por el coseno del ángulo entre los vectores.

¿Qué ocurre si la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares entre sí?

Si la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares, como en el caso del peso y el desplazamiento, el trabajo realizado es cero, ya que el coseno de 90 grados es igual a cero.

¿Cómo se calcula el trabajo cuando hay varias fuerzas actuando sobre un objeto?

Cuando varias fuerzas actúan sobre un objeto, el trabajo total es la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas. Esto se puede calcular como el producto de la fuerza resultante (la suma vectorial de las fuerzas) por el desplazamiento.

¿Qué sucede cuando la fuerza aplicada no es constante?

Cuando la fuerza no es constante, como ocurre con la fuerza elástica de un muelle, el trabajo se calcula mediante una integral, ya que la fuerza varía con el desplazamiento.

¿Cómo se calcula el trabajo de un muelle que se estira fuera de su posición de equilibrio?

El trabajo realizado por un muelle se calcula mediante la integral de la fuerza elástica, que es proporcional al desplazamiento, desde la posición inicial hasta la final. Esta integral da como resultado el trabajo realizado por el muelle durante su estiramiento o compresión.

¿Qué relación existe entre el trabajo y la energía?

El trabajo y la energía están estrechamente relacionados, ya que ambos se miden en la misma unidad, el julio. El trabajo realizado sobre un objeto puede cambiar su energía, como ocurre cuando se realiza trabajo para mover un objeto o estirarlo, cambiando su energía cinética o potencial.