Demostración de trabajo, potencia y energía
En otras palabras, la magnitud del trabajo realizado por una fuerza que se aplica sobre un cuerpo, depende tanto de la intensidad de la fuerza como del desplazamiento producido por dicha fuerza.
El trabajo realizado aumenta, en la medida en que la intensidad de la fuerza aplicada sea mayor. En consecuencia, se hace más trabajo al levantar una caja llena de rocas a un metro del piso, que, al levantar a un metro, esa misma caja llena de plumas.
Del mismo modo, el trabajo realizado aumenta, en la medida en que aumenta el desplazamiento del cuerpo, sobre el que actúa la fuerza. Es decir, que se hace más trabajo al tirar de un carro durante 100 metros que al tirar de ese mismo carro durante sólo 10 metros.
El trabajo se mide en unidades llamadas julios o Joule, cuyo símbolo es J.
Un julio es el trabajo que realiza una fuerza de un newton para desplazar un cuerpo una distancia de un metro.
Podemos calcular el trabajo con ayuda de la siguiente ecuación:
W = F × d
En donde:
- W es el trabajo realizado, expresado en julios (J).
- F es la fuerza aplicada, expresada en newton (N).
- d es el desplazamiento efectuado por el cuerpo, expresado en metros (m).
La energía y la potencia
La energía interviene en todos los fenómenos que ocurren en el universo. Se necesita energía para levantar una maleta del piso, para que una bombilla alumbre o para que nuestros alimentos se cocinen.
Aunque la energía es difícil de definir, se puede decir que la energía es la capacidad que tiene un cuerpo para realzar un trabajo.
Cuando se realiza un trabajo, la energía se transmite de unos cuerpos a otros. El cuerpo que realiza un trabajo transmite parte de su energía al cuerpo sobre el cual realiza el trabajo. Por ejemplo, cuando un niño lanza una pelota, transmite parte de la energía de sus músculos a la pelota, logrando que la pelota se mueva.
Según lo dicho, para medir la energía que se transmite de un cuerpo a otro, se mide el trabajo que el primer cuerpo ha realizado sobre el segundo. Por esta razón, la energía se expresa en las mismas unidades que el trabajo, es decir en julios (J).
Un ejemplo:
Una persona aplica una fuerza de 0.25 Newton sobre una esfera, deslizándola sobre una superficie horizontal sin rozamiento. La esfera se desplaza 12,5 metros (figura 2). ¿Cuál es el trabajo realizado sobre la esfera? ¿Cuánta energía fue transferida de la persona a la esfera?
Solución:
Según la fórmula de trabajo, este se calcula multiplicando fuerza por distancia. Por tanto, la magnitud del trabajo es:
W = 0.25N × 12.5m = 3.125J
(El trabajo sobre la esfera fue de 3.125 julios)
Por otro lado, se sabe que la energía transferida es la medida del trabajo realizado. Por lo tanto, la persona transfirió 3,125 julios de energía a la esfera.
Es importante tener en cuenta, que los fenómenos físicos NO son tan simples. En algunos modelos de ejercicio se tendrán en cuenta variables como las fuerzas de rozamiento, por ejemplo, pero siempre el trabajo realizado sobre un cuerpo, corresponde al valor de la energía que se le transfiere.
La potencia
No todas las fuerzas que realizan un trabajo son iguales:
Algunas fuerzas realizan el mismo trabajo que otras, pero lo hacen en menos tiempo. Así, un tractor necesita mucho menos tiempo para arar un campo que un par de mulas. Algunas fuerzas realizan más trabajo que otras, justamente en el mismo tiempo. Así, un ciclista que pedalea cuesta arriba durante un tiempo realiza más trabajo que otro que pedalea cuesta abajo durante el mismo tiempo.
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