TRABAJO
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Definición:
En el lenguaje cotidiano se utiliza con frecuencia la palabra trabajo con varios significados poco precisos, relacionados con la fatiga que nos puede producir que con el hecho físico. Así, decimos que nos cuesta trabajo ponernos a estudiar o que resulta trabajoso estar de pie, etc. En Física se utiliza el término con un significado preciso que no tiene nada que ver: la palabra trabajo está relacionada con el intercambio de energía.
El trabajo se introdujo en la Física a finales del S XVIII en la revolución industrial para comparar las capacidades de dos máquinas. La capacidad de una máquina estaba relacionada con el peso que era capaz de subir (ej: carbón de una mina) y la altura a la que podía elevarlo. En aquella época se definió como el producto del peso por la altura.
Esa definición se puede generalizar a cualquier situación en la que se haga una fuerza que pueda desplazar a un cuerpo. Así, si queremos saber la capacidad de una máquina para arrastrar cuerpos, convendría saber qué fuerza es capaz de hacer y la distancia que ha arrastrado al cuerpo.
Energía
intercambiada = Trabajo = Fuerza . Distancia recorrida
∆E
= W = F. ∆x
Por
tanto, en Física solo decimos que existe trabajo cuando actúa una
fuerza y se provoca un desplazamiento por acción de esa fuerza. Por
ejemplo, solo se realiza trabajo físico si un chico arrastra una
maleta, no cuando camina con una mochila cargada a su espalda.
Matemáticamente, se calcula multiplicando el módulo del vector
- En el S.I. el trabajo se mide en Julios (J) 1 J = 1 N. m
- 1 J es el trabajo que se produce cuando sobre un cuerpo (o sistema material) actúa una fuerza de un newton (N) y le provoca un desplazamiento de un metro (m) en la dirección y sentido de la fuerza.
- Aparece el coseno porque es necesario informar sobre el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.
- Casos en los que W = 0. (1) Si el ángulo es 90o, (2) si no se produce desplazamiento o (3) si no hay una fuerza actuando (F = 0).
• Distinguimos:
-
El trabajo de la fuerza rozamiento (fuerza disipativa). ¿Por qué es
negativo? Wroz=
Froz.∆x.
cos180o
-
El trabajo modifica la energía cinética de un cuerpo. WF
= ∆Ec
-
El trabajo modifica la energía potencial de un cuerpo WF
= ∆Ep
Cuando
sobre un cuerpo actúa una fuerza que provoca cambios en su velocidad
o en su posición, el trabajo de esa fuerza es igual a la variación
de energía mecánica que experimenta el cuerpo.
WF
= ∆EM
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Principio
de conservación de energía mecánica:
Si la única fuerza que realiza
trabajo sobre un cuerpo es su propio peso (fuerza conservativa), su
energía mecánica se mantiene constante. Pero si existe rozamiento,
la energía se degrada en forma de calor y la energía mecánica del
sistema no se conserva. (Por tanto, para que la energía se conserve
habría que sumarle el trabajo de la fuerza de rozamiento que
representa la energía disipada).
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Ideas
claras:
- El trabajo es otra forma de medir la energía intercambiada entre dos sistemas. Su unidad es la misma que la de energía, es decir, el JULIO.
- El trabajo no es una forma de energía igual que lo puede ser la energía cinética o la potencial gravitatoria. Un cuerpo puede tener energía cinética o potencial, pero no tener trabajo.
- Al actuar sobre un sistema podemos darle o podemos quitarle energía. Cuando las fuerzas están dirigidas en el mismo sentido en el que se produce desplazamiento contribuyen a aumentar la energía cinética del cuerpo sobre el que se aplican y decimos que hacen un trabajo positivo. Sin embargo, las fuerzas dirigidas en sentido contrario al del movimiento, como es el caso del trabajo de la fuerza de rozamiento, disminuyen la energía del sistema: decimos que hacen un trabajo negativo.
W > 0 → Aumenta la energía del sistema
W < 0 →
Disminuye la energía del sistema
- Hay que distinguir claramente entre trabajo y fuerza. Para que haya trabajo se necesita que exista una fuerza y que además desplace el punto de aplicación de dicha fuerza. Cuando un cuerpo cuelga de una cuerda, la cuerda tiene que hacer una fuerza para contrarrestar el peso del cuerpo. Pero mientras que no haya desplazamiento, no hay trabajo, ya que no hay transferencia alguna de energía. Es un ejemplo en el que hay fuerza y no se realiza trabajo.
(INTERESANTE, A PARTIR DEL PRIMER MÍNUTO, 1:10)
POTENCIA
Cuando
un máquina realiza un trabajo, no solo interesa la cantidad de
energía, sino también el tiempo que tarda en hacerlo. Así, decimos
que un coche es más potente si es capaz de pasar de 0 a 100 km/h de
velocidad en menos segundos.
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Potencia:
Es
una magnitud física que relaciona
el trabajo realizado con el tiempo que emplea para ello. P
= W / t
-
En el SI se mide en vatios (W). Un vatio es la potencia de
una máquina que puede realizar un trabajo de un julio en un segundo
(1 W = 1 J/ 1 s). Un kilovatio (kW) son 1000 W
-
Otras unidades de potencia son:
-
Los caballos de vapor: 1 CV = 736 W
-
El kWh es una unidad de trabajo o de energía que equivale a 3600
kJ;
1
kWh = 103
W. 3600S = 3600.103
J = 3600 kJ
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Las
máquinas mecánicas son
dispositivos que transforman una energía o un trabajo en otro que
resulte más provechoso.
Se
llama rendimiento de una máquina (η)
a la relación entre trabajo útil que se obtiene y el trabajo
aplicado o motor. Habitualmente se expresa en porcentaje.
η
= (Wútil/Wmotor) . 100 = (Pútil/Pteórica).
100
LAS
FUENTES DE ENERGÍA
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Una fuente
de energía es cualquier
material o recurso natural del cual se puede obtener energía, bien
para utilizarla directamente o bien para transformarla en otra
energía más cómoda.
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Clasificación:
- No renovables: Si se encuentran de forma limitada en la naturaleza y se consumen a un ritmo mayor del que se producen por lo que acabarán agotándose. Ej: combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas natural) y energía nuclear.Renovables: Se recuperan tras utilizarse. No se agotan. Ej: Energía hidráulica, eólica, solar, geotérmica, mareomotriz, de la biomasa y biocombustibles (bioetanol, biodiésel).
- Contaminantes: al utilizarlas producen residuos contaminantes (combustibles fósiles)Limpias: Al utilizarlas no generan residuos contaminantes, suelen coincidir con las renovables, no obstante, muchas instalaciones producen un gran impacto ambiental (hidráulica, eólica, solar).
- Por su uso se clasifican en convencionales (combustibles fósiles) o alternativas (las renovables).
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Aprovechamiento
de las fuentes de energía:
La mayoría no se utilizan directamente sino que se transforman en
energía eléctrica, más fácil de transportar y utilizar.
Ejemplo
1: Combustibles fósiles. La energía acumulada en los enlaces
químicos (E. Química) se libera en la combustión y se emplea en
calentar agua. El vapor de agua pasa a mover una turbina. El
movimiento de la turbina se transmite a un generador que produce
energía eléctrica.
Energías
implicadas: Química → Térmica → Cinética → Eléctrica
Ejemplo
2: La energía potencial del agua embalsada se aprovecha para hacer
girar turbinas a su paso. Un generador transforma esta energía
mecánica en eléctrica.
Energías
implicadas: Potencial → Cinética → Eléctrica
PARA SABER MÁS SOBRE EL TEMA: Aquí y aquí
