1. Definición de Trabajo

Cuando hablamos de trabajo, entendemos que tenemos que utilizar nuestros músculos gastando una cantidad de energía o hacer un cierto esfuerzo para realizar una tarea.

En física, se entiende por trabajo a la cantidad de fuerza multiplicada por la distancia que recorre dicha fuerza.Pero hay que tener en cuenta también, que la dirección de la fuerza puede o no coincidir con la dirección sobre la que se está moviendo el cuerpo. En caso de no coincidir, hay que tener en cuenta el ángulo que separa estas dos direcciones
La fórmula usada es :   T = F. d. Cosα
Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.
Nota : Si usaramos el coseno de 90 grados , el trabajo se anularía por completo ya que el cos de 90 es igual a 0.

2.Trabajo y Energía Cinética

Definición de energía cinética

1.Un cuerpo en movimiento puede comunicar movimiento a otro si choca con él, transfiriéndole parte de su energía cinética.

2.Por ejemplo, un automóvil tiene energía mientras está en movimiento, la que le permitirá golpear, deformar, romper, rozar o empujar otros cuerpos.

3.Por otra parte, cuando el viento choca con la vela de un barco, le transfiere parte de su energía cinética a barco; o sea el barco adquiere energía cinética que antes tenía el viento.

4.La energía cinética, depende fuertemente de la velocidad del cuerpo que se mueve. No es lo mismo chocar con un auto moviéndose a 120 km/h que a 40 km/h, es decir que a mayor velocidad, mayor energía cinética.

5.Además, depende de la masa de dicho cuerpo en movimiento. Un camión tiene más energía cinética que un auto aunque se muevan a la misma velocidad, porque posee mayor masa.      

6.La energía cinética de un cuerpo aumenta si se ejerce una fuerza sobre el mismo en la dirección de la energía y disminuye cuando la fuerza que se ejerce va en el sentido contrario del movimiento de la energía.

EJEMPLOS:

En béisbol, cuando el lanzador sostiene la bola antes de lanzarla, no hay energía cinética debido a que la bola no está en movimiento. Sin embargo, una vez que el lanzador está listo y lanza la bola, ésta gana energía cinética para poder desplazarse desde el montículo del lanzador hasta el guante del receptor.

En el billar, un jugador le transmite energía cinética a la bola al golpearla con el taco. A medida que la bola rueda, pierde energía cinética. Cuando la bola entra en contacto con otra, le transmite su energía cinética, permitiendo que esta segunda bola se acelere.

PROBLEMA EXPLICAT

3.Teorema de la energía cinética

El teorema de la energía cinética establece que: La suma algebraica de todos los trabajos realizados por las fuerzas que actúan sobre un sistema es igual a la variación de energía cinética del sistema.

La energía cinética...
. Aumenta, si una fuerza realiza un trabajo positivo sobre un cuerpo.
. Disminuye, si una fuerza realiza un trabajo negativo sobre un cuerpo.

4.La energia cinética y la distancia de frenado

Partimos de la fórmula anterior.

En este caso, la energía final es cero ( puesto que el coche está frenando), por lo tanto, el trabajo va a ser igual a la energía inicial pero con diferente signo.

                                          W_{frenado =} — E_{C inicial}

La fuerza de frenado, se opone al movimiento; por lo que:

                                           — F. Δ_{s =} — ½ m.v₁²
Y por último, si despejamos la distancia:

                                      Δ_{s =} m.v₁² / 2F

En esta última fórmula, vemos que la distancia de frenado, va a depender de la velocidad al cuadrado, por lo que llegamos a la conclusión de que cuanta mayor sea la velocidad, mayor será la distancia de frenado.

5.Problemas de energía cinética

 4.La energía cinética y la distancia de frenado

EJEMPLO RESUELTO:

Señala cómo se modifica la distancia de frenado de un automóvil cuando su velocidad aumenta de 60 a 120 km/h.

La velocidad va aumentando en 2 veces, por lo que la energía cinética es 4 veces mayor:

E _{C2 /} E_{C 1 = (1/2.m.v2}² _{) / (1/2.m.v1} ² _{) = v2}² _{/ v1} ² _{= (120)}² _{/ (60)}² _{= 2}² _{= 4}


La relación entre los trabajos realizados en cada caso para detener el automóvil será también la misma, por lo que la distancia que se requiere para detenerlo se hace también 4 veces mayor.

Solución: F (F=4)no varía porque es la fuerza ejercida por los frenos.




3. El teorema de la energía cinética 

Un mecánico empuja un coche de 2 toneladas desde el reposo hasta que adquiere una rapidez V, y realiza un trabajo de 4000 J durante el proceso. Durante este tiempo, el coche avanza 15 metros. Sin considerar la fricción entre el auto y el piso calcula la rapidez V.

5.Problemas de energía cinética.


Calcula la energía cinética de un vehículo de 1000 kg de masa que circula a una
velocidad de 120 km/h.
Solución: Se extraen los datos del enunciado. Son los siguientes:
m = 1000 kg
v = 120 km/h
Ec = ?
Todas las magnitudes deben tener unidades del SI, en este caso es necesario convertir 120
km/h en m/s

5,Problema de trabajo con energía cinética.


Un cuerpo de 4 kg entra a 5 m/s en un plano horizontal con coeficiente de rozamiento μ = 0,1.
A partir de ese momento actúan sobre el cuerpo una fuerza horizontal que realiza un trabajo de 80 J ,
y la fuerza de rozamiento, que realiza un trabajo de −50 J. Calcula:
a) La velocidad final del cuerpo.

5.Problemas de trabajo .
    A)Una fuerza de 20 Newton se aplica a un cuerpo que está apoyado sobre una superficie horizontal y lo mueve 2 metros. El ángulo de la fuerza es de 0 grado con respecto a la horizontal. Calcular el trabajo realizado por dicha fuerza.

T = F. d. Cosα
T = 20 N. 2 Mts. Cos0
T = 40 NM. = 40 J
 
         B)Ahora supongamos que en el mismo problema usamos un ángulo distinto de 0.Por ejemplo 30 grados.

T = 20 N. 2 Mts. Cos30
T = 20 N. 2 Mts. 0.891
T = 35.64 J.