Todos entienden que el trabajo es un tipo de actividad social de una persona que necesita para asegurar su existencia. Sin embargo, en física también existe un concepto similar que tiene un significado completamente diferente. ¿Qué es el trabajo en física?, este artículo responderá.
Trabaja como una cantidad física
Respondiendo a la pregunta de qué es el trabajo en física, cabe aclarar que esta es la energía que se gasta en realizar cualquier acción. Por ejemplo, una persona traslada una carga de un lugar a otro, mientras realiza trabajo contra fuerzas de rozamiento. Si esta persona comienza a levantar la carga, entonces su trabajo estará dirigido a vencer la fuerza gravitatoria del planeta. Otro ejemplo: el gas debajo del pistón, como resultado del calentamiento, comienza a aumentar su volumen, en cuyo caso se dice que realiza algún trabajo.
En todos los casos anteriores, hay una característica común: el trabajo difiere de cero solo cuando hay algún tipo de movimiento mecánico de los objetos o sus partes(movimiento de trabajador con carga, expansión de gas).
Así, el trabajo es el proceso de transferencia de energía de un estado a otro para un cuerpo dado, como resultado de lo cual este cuerpo cambia de posición en el espacio.
Fórmula de trabajo
Ahora vamos a mostrar cómo calcular cuantitativamente el valor bajo estudio. La transferencia de energía entre diferentes estados solo es posible si está presente alguna fuerza. Puede ser el esfuerzo físico de manos y pies humanos, la fuerza de las máquinas, la presión creada, que se convierte fácilmente en fuerza, en caso de combustión de combustible en un cilindro, la fuerza de inducción electromagnética de un motor eléctrico y etc.
La siguiente fórmula responderá a la pregunta de cómo encontrar un trabajo en física:
A=(F¯l¯)
El trabajo A es una cantidad escalar, mientras que la fuerza F¯ y el desplazamiento l¯ son cantidades vectoriales. Es por eso que la fórmula para calcular A usa paréntesis para mostrar que estamos hablando del producto escalar de vectores. En forma escalar, la expresión anterior se puede reescribir de la siguiente manera:
A=Flcos(φ)
Aquí φ es el ángulo entre los vectores de fuerza F¯ y el desplazamiento l¯.
Dado que el desplazamiento se mide en metros y la fuerza en Newton, la unidad de trabajo es Newton por metro (Nm). La unidad SI tiene su propio nombre, el julio (J). Resulta que el trabajo de 1 J corresponde a una fuerza de 1 N que, actuando en la dirección del desplazamiento, movió el cuerpo en1 metro.
Trabajo de gas
Analizamos la cuestión de qué es el trabajo mecánico en física y dimos una fórmula mediante la cual se puede calcular. En el caso de gases en expansión, sin embargo, se utiliza una expresión diferente.
Supongamos que tenemos un sistema de gas que llena el volumen V1 y está bajo presión P. Supongamos que su volumen cambia como resultado de alguna influencia externa o interna en el sistema y se hizo igual a V2. Entonces el trabajo del gas A se puede determinar mediante la siguiente fórmula:
A=∫V(P(V)dV)
Si traza la función P(V) en los ejes P-V, el área bajo la curva será numéricamente igual a A.
En el caso de un proceso isobárico (P=const) para un gas ideal, la respuesta a la pregunta de cómo encontrar trabajo en física será la siguiente expresión simple:
A=P(V2-V1)
Si como resultado de un proceso termodinámico el volumen del gas no cambia, entonces su trabajo será igual a cero. Si V2>V1, entonces el gas realiza trabajo positivo si V1>V 2, luego negativo.
Trabajo de momento de fuerza
El momento de la fuerza es una cantidad física, que se expresa mediante la siguiente fórmula:
M=[F¯r¯]
Es decir, M es igual al producto vectorial de la fuerza F y el radio vector r alrededor del eje de rotación. El momento de fuerza se expresa en Nm.
¿Cuál es el trabajo de un momento de fuerza en física? a esta preguntala siguiente fórmula responderá:
A=METROθ
Esta igualdad significa que si el momento M, que actúa sobre el sistema, hace que gire alrededor del eje en un ángulo θ, entonces realiza un trabajo A. El ángulo θ aquí debe expresarse en radianes para obtener el trabajo en julios.
El cálculo del trabajo del momento de la fuerza juega un papel importante en todos los sistemas mecánicos donde hay rotación, como ruedas, engranajes, ejes, etc.
Trabajo de gravedad
Habiendo averiguado qué es el trabajo en física, calculemos este valor para las fuerzas de gravedad. Supongamos que un cuerpo de masa m cae desde una altura h. Como la gravedad F actúa verticalmente hacia abajo, realiza un trabajo positivo. Se determina mediante la siguiente fórmula:
A=metrogramoh, donde F=metrosol
Muchos en la fórmula obtenida para el valor de A pueden ver la expresión de la energía potencial de un cuerpo en el campo de las fuerzas gravitatorias. Durante la caída del cuerpo, la gravedad hace el trabajo de transferir la energía potencial del cuerpo a la energía cinética de su movimiento.
