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Curso: Física avanzada 1 (AP Physics 1) > Unidad 5

Lección 1: Introducción al trabajo
Ciencia
Física avanzada 1 (AP Physics 1)
Trabajo y energía
Introducción al trabajo
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Repaso de la introducción al trabajo

Google Classroom
Repasa las habilidades y los conceptos clave para el estudio de la energía y el trabajo. Comprende que el trabajo es el área bajo una gráfica de fuerza contra desplazamiento y cómo la fuerza y el desplazamiento producen trabajo.

Términos clave

Término (símbolo)Significado
Energía (E)Medida de la capacidad para hacer trabajo. En el SI se mide en joules (J).
Trabajo (W)Cambio en la energía mediante la transferencia de energía de un sistema a otro. Cantidad escalar con unidades de joules (J).
Joules (J)Unidades de energía en el SI. Aplicar una fuerza neta de 1N a un objeto a lo largo de un desplazamiento de 1m requiere 1J de energía. 1J=1N⋅1m=1kg⋅m2s2.

Ecuaciones

EcuaciónSignificado de los símbolosSignificado en palabras
W=Fdcos⁡θW es el trabajo hecho sobre un objeto, F es la magnitud de la fuerza sobre el objeto, d es la magnitud del desplazamiento del objeto y θ es el ángulo entre los vectores de fuerza F y desplazamiento d.El trabajo es el producto del desplazamiento de un objeto y la componente de la fuerza ejercida paralelamente a la dirección del movimiento del objeto.
W=ΔEW es el trabajo y ΔE es el cambio en la energía.El trabajo es el cambio de energía para un sistema.

Cómo encontrar el trabajo a partir de una gráfica de fuerza contra desplazamiento

La fuerza aplicada a un objeto se puede graficar en función de la posición del objeto. El trabajo es el área bajo la curva de la gráfica de fuerza contra posición. Las áreas sobre el eje de la posición son trabajo positivo y las áreas debajo del eje son trabajo negativo. Si la fuerza no es constante, podemos dividir la gráfica en secciones con formas más simples y sumar el trabajo en cada sección. Para encontrar el trabajo total realizado sobre el objeto en la gráfica de fuerza contra posición de la Figura 1 a lo largo del desplazamiento d1+d2, podemos sumar las áreas A1 y A2.
Gráfica de fuerza contra desplazamiento. F es el eje vertical y x es el eje horizontal. A una altura de F_o, una línea azul se extiende horizontalmente en la gráfica por una distancia de d_1. Esto forma un área de color rojo con la etiqueta A_1, que es un rectángulo. Desde el final de la línea horizontal, otra línea azul se extiende diagonalmente hacia abajo hasta una marca d_2 más alejada a lo largo del eje x. Esto forma un triángulo de color morado con la etiqueta A_2.
Figura 1. El trabajo es el área bajo una gráfica de fuerza contra desplazamiento. Esta gráfica se puede analizar como dos áreas separadas
A1 es un rectángulo de altura Fo y ancho d1. A2 es un triángulo de altura Fo y base d2. El trabajo total hecho sobre el objeto a lo largo de d1+d2 es
Wtotal=A1+A2=Fod1+12Fod2
Para ejemplos resueltos de cómo encontrar el trabajo a partir de una gráfica de fuerza contra desplazamiento, mira nuestro video sobre calcular el trabajo a partir de gráficas de fuerza contra desplazamiento.

Errores conceptuales comunes

1) La gente suele olvidar que las fuerzas que actúan perpendicularmente al desplazamiento no realizan un trabajo. Dado que cos⁡90∘=0, no se realiza trabajo cuando la fuerza F y el desplazamiento d son perpendiculares, aunque una fuerza perpendicular puede cambiar la dirección del movimiento del objeto. Por ejemplo, si se jala una caja a través del piso nivelado, el piso no hace trabajo sobre la caja a pesar de que la caja se está moviendo. Esto se debe a que la fuerza normal es perpendicular al desplazamiento horizontal de la caja.
2) La gente a veces olvida qué significa el signo del trabajo. El trabajo positivo en un sistema significa que este recibe energía de su entorno. El trabajo negativo en un sistema significa que este le da energía al entorno. El trabajo negativo ocurre cuando la fuerza tiene una componente en la dirección opuesta al desplazamiento.

Aprende más

Para una explicación más profunda del trabajo, ve nuestro video con problemas de ejemplo sobre el trabajo.
Para verificar tu comprensión y trabajar en el dominio de estos conceptos, consulta los ejercicios de trabajo a partir de gráficas de fuerza contra posición y calcular el trabajo a partir de una fuerza.

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