Trabajo y Potencia Mecánica
Introducción
Estudiamos ya las leyes de Newton que nos permiten explicar el comportamiento de las fuerzas en nuestro entorno macroscópico y las consecuencias que surgen cuando las fuerzas están presentes. Antes aprendimos la definición de fuerza y sus tipos, atendiendo a su modo de interacción o a su origen.
Ahora aprenderemos que cada vez que una fuerza actúa sobre un punto de algún cuerpo u objeto le comunica una cierta cantidad de energía que puede ser calculada multiplicando la magnitud de esa fuerza por la distancia que se desplaza ese punto de aplicación en relación con la dirección de la línea de acción de la fuerza actuante.
Y no solamente interesa poder calcular la cantidad de energía involucrada cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo u objeto; también es motivo de atención científica saber la cantidad de energía que es posible comunicar por unidad de tiempo, es decir, saber la velocidad que le comunica una fuerza al punto de aplicación o, más concretamente, la energía involucrada por cada unidad de tiempo que transcurre. El concepto involucrado en este caso está en estrecha relación con el trabajo que de mide en la Física y se llama congruentemente, potencia mecánica.
Desarrollo del tema
Trabajo mecánico
En Física la palabra trabajo tiene un significado diferente al que utilizamos en nuestra vida diaria. Para que se realice un trabajo en la Física, se requiere que exista una fuerza aplicada en un punto cualquiera y que ese punto se desplace una cierta distancia. La cantidad de trabajo realizado será calculado multiplicando la magnitud de la fuerza aplicada por el tamaño de la distancia que recorrió el punto de aplicación en la misma dirección de la fuerza. En la imagen 1, la fuerza F se aplica formando un ángulo theta con la dirección del movimiento; en este caso el trabajo se calcula multiplicando la fuerza F por la distancia d y por el coseno del ángulo que forma F con la dirección del movimiento, en este caso, con el eje x en el cual ocurre la traslación.
Lee a continuación el archivo “Trabajo mecánico” para aprender más acerca de este asunto.
Para lograr un mejor entendimiento del concepto y la solución de problemas de trabajo mecánico, observa y escucha con atención los siguientes videos:
Después de haberte instruido sobre el concepto de trabajo mecánico, es importante realizar las siguientes puntualizaciones:
- Cuando la fuerza y el desplazamiento ocurren en la misma dirección: T = F * d
- Cuando la fuerza y el desplazamiento forman un ángulo theta: T = F * cos θ
- Si la fuerza aplicada y el desplazamiento forman un ángulo de 90º: T = 0 (No hay trabajo)
- Cuando la dirección del desplazamiento y la fuerza aplicada forman 180º: T = -F * d (El trabajo es negativo)
Potencia Mecánica
Cuando queremos comparar la capacidad de realizar trabajo en relación con el tiempo estamos hablando del concepto de potencia y si hacemos referencia al trabajo mecánico realizado en la Física entonces específicamente apuntamos hacia la potencia mecánica. Estudia el concepto, la fórmula, las unidades y la solución de algunos problemas típicos de este contenido en el documento: «Potencia Mecánica«, a continuación:
Profundiza un poco más en tus conocimientos y dominio del concepto de potencia repasando los siguientes videos:
Conclusión
Es esta lección hemos estudiado en primer lugar el concepto de trabajo mecánico que nos permite calcular la cantidad de energía que es necesario utilizar cuando queremos desplaza una fuerza a través de una distancia dada. Aprendimos cómo calcular mediante una fórmula, a la que podemos llamar general, la energía que implica una cantidad de trabajo determinada considerando las diferentes situaciones que relacionan la fuerza con el desplazamiento de su punto de aplicación, puesto que el desplazamiento no ocurre necesariamente en la misma dirección de la fuerza y que, por lo tanto, el trabajo puede ser positivo, cero o incluso negativo.
Por otro lado, sabemos ahora que además del trabajo, que es energía, podemos medir la capacidad que tiene algo o alguien para producir ese trabajo durante la unidad de tiempo y que esa relación entre el trabajo y el tiempo se le llama potencia mecánica. Conocimos que es posible calcular la potencia en función del trabajo involucrado y el tiempo implicado o tomando en cuenta la fuerza aplicada por la velocidad que resulta del punto de aplicación.