Trabajo y energía son conceptos que empezaron a utilizarse cuando se
abordó el estudio del movimiento de los cuerpos.
Trabajo
En física se produce trabajo
sólo si existe una fuerza que al actuar sobre un cuerpo da lugar a un
desplazamiento. El trabajo es una forma de transferencia o cambio
en la energía: cambia la posición de una partícula (la partícula se mueve). Por lo que puede decirse que
el trabajo es “energía en movimiento”. Se denomina con la letra W
Energía
Energía
es la capacidad para realizar un trabajo o para transferir calor; la energía a
su vez se presenta como energía calórica, energía química, energía eléctrica y energía
radiante; estos tipos de energía pueden ser además potencial, cinética o mecánica.
La
energía potencial es la que posee una sustancia debido a su
posición espacial o composición química
la
energía cinética es la que posee una sustancia debido a su
movimiento.
La
energía mecánica es la energía que se debe a la posición y al
movimiento de un cuerpo, por lo tanto, es la suma de las energías potencial y
cinética de un sistema mecánico. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos
con masa de efectuar un trabajo.
Trabajo-Energía
El concepto de trabajo está ligado íntimamente al concepto de
energía y ambas magnitudes se miden en la misma unidad, el joule. El trabajo
desarrollado por una fuerza es producido por algún tipo de energía. Dicha
energía se transforma en trabajo, de ahí que compartan la misma unidad de
medida el Joule que se expresa con la letra J.
Principio de la conservación de energía
En los procesos ideales la
cantidad de energía útil inicial y final es la misma. En los procesos reales la
cantidad de energía útil inicial es mayor que la cantidad de energía útil final
debido a las pérdidas de energía ocurridas durante el proceso.
Proceso Ideal: Eu inicial = Eu final
Proceso Real: Eu inicial = Eu final + pérdidas
Se denominan pérdidas a las
transformaciones de energía no deseadas pero que ocurren inevitablemente en el
proceso real.
Teorema Trabajo energía
El teorema trabajo y
energía enuncia lo siguiente:
“Cuando la velocidad de un
cuerpo pasa de un valor a otro, la variación de la energía cinética que
experimenta es igual al trabajo realizado por la fuerza neta que origina el
cambio de velocidad”
de manera que el trabajo
neto realizado sobre un cuerpo es igual al cambio de la energía cinética
W = ∆K = K(2) - K(1)
Ejemplo1
Si se tiene un cuerpo en una posición A y al trasladarlo hacia una posición B, el trabajo realizado para vencer las fuerzas de rozamiento que se oponen al desplazamiento implica un consumo de energía, por lo tanto en el punto B el cuerpo tendrá menor cantidad de energía.
Todos los procesos que
impliquen fricción producen una transformación de energía en calor y como éste
no se puede aprovechar decimos que se consume energía.
Si tenemos una partícula
que se mueve una distancia bajo la acción de una fuerza constante F, el trabajo
realizado se define de la siguiente forma
Trabajo = Fuerza ×
Distancia
W=F · s
Ejemplo 2
Si tenemos un plano
inclinado sin rozamiento, al tener un cuerpo en el punto A se le debe
suministrar una cierta cantidad de energía para trasladarlo al punto B, en el
cual el cuerpo poseerá mayor cantidad de energía. En este caso se ha efectuado
una acumulación de energía.
Como Fs=F cos θ
W = F s cos θ
