Comprende la idea
Antes de empezar: Fuerza, desplazamiento, rapidez y coseno de un ángulo.
En mecánica, el trabajo de una fuerza constante es W = Fd cos θ, donde θ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento. Depende de cuánto contribuye la fuerza en la dirección del movimiento, no solo de su magnitud.
Si fuerza y desplazamiento apuntan igual, el trabajo es positivo. Si apuntan en sentidos opuestos, es negativo. Si son perpendiculares, el trabajo de esa fuerza es cero. La unidad es el joule: 1 .
La energía asociada al movimiento
La energía cinética de una partícula de masa m y rapidez v es K = mv²/2, en el modelo clásico. Depende del cuadrado de la rapidez: duplicar v multiplica K por cuatro, para la misma masa.
El teorema trabajo-energía establece que el trabajo neto de las fuerzas es ΔK = Kfinal − Kinicial. No uses el trabajo de una sola fuerza si hay otras que también realizan trabajo. Una fuerza de rozamiento puede disminuir K al realizar trabajo negativo.
¿Puede haber fuerza sin trabajo?
Sí. Una fuerza puede ser perpendicular al desplazamiento. Además, si el punto de aplicación no se desplaza, el trabajo mecánico de esa fuerza sobre ese punto es cero, aunque una persona experimente esfuerzo al sostener algo.
Vamos con un ejemplo
Un bloque de 2 kg parte del reposo sobre una superficie horizontal ideal sin rozamiento. Una fuerza horizontal constante de 4 N actúa durante un desplazamiento de 4 m. Su trabajo es J. Como no hay otros trabajos, y . Se toma la raíz no negativa porque v es rapidez.
Conecta y aplica
Para una fuerza variable debes acumular su contribución a lo largo del recorrido; no basta multiplicar una fuerza cualquiera por la distancia. En una gráfica fuerza paralela contra posición, esa acumulación se interpreta como área con signo.
Un detalle que importa: La unidad de trabajo es J, no N. Y «trabajo cero de una fuerza» no significa necesariamente «trabajo neto cero»: otras fuerzas pueden aportar energía.
Ponlo a prueba
Una fuerza de 5 N se opone al movimiento durante 3 m. ¿Qué trabajo realiza?
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