Contenido

• Pasos
• Parte 1 de 3: Encontrar el valor del trabajo en una dimensión
• Parte 2 de 3: Cálculo del trabajo usando fuerza angular
• Parte 3 de 3: Uso del valor del trabajo
• Consejos

En física, el concepto de "trabajo" tiene una definición diferente a la que se utiliza en la vida cotidiana. En particular, el término "trabajo" se usa cuando la fuerza física hace que un objeto se mueva. En general, si una fuerza poderosa hace que un objeto se mueva muy lejos, entonces se está haciendo mucho trabajo. Y si la fuerza es pequeña o el objeto no se mueve muy lejos, entonces solo un poco de trabajo. La fuerza se puede calcular usando la fórmula: Trabajo = F × D × coseno (θ)donde F = fuerza (en Newtons), D = desplazamiento (en metros) y θ = ángulo entre el vector de fuerza y ​​la dirección del movimiento.

Pasos

Parte 1 de 3: Encontrar el valor del trabajo en una dimensión

1. 1 Encuentre la dirección del vector de fuerza y ​​la dirección del movimiento. Para empezar, es importante determinar primero en qué dirección se mueve el objeto, así como desde dónde se aplica la fuerza. Tenga en cuenta que los objetos no siempre se mueven de acuerdo con la fuerza que se les aplica; por ejemplo, si tira de un carrito pequeño por el asa, entonces está aplicando una fuerza diagonal (si es más alto que el carrito) para moverlo. adelante. En esta sección, sin embargo, trataremos situaciones en las que la fuerza (esfuerzo) y el movimiento de un objeto tener misma dirección. Para obtener información sobre cómo encontrar un trabajo cuando estos elementos no tienen la misma dirección, lea a continuación.
   • Para que este proceso sea fácil de entender, sigamos la tarea de ejemplo. Digamos que el tren que tiene enfrente tira un carruaje de juguete en línea recta. En este caso, el vector de fuerza y ​​la dirección de movimiento del tren indican el mismo camino: adelante... En los próximos pasos, utilizaremos esta información para ayudar a encontrar el trabajo realizado por la entidad.
2. 2 Encuentra el desplazamiento del objeto. La primera variable D, o desplazamiento, que necesitamos para la fórmula de trabajo suele ser fácil de encontrar. El desplazamiento es simplemente la distancia que la fuerza hizo que el objeto se moviera desde su posición original. En las tareas educativas, esta información generalmente se proporciona (se conoce) o se puede derivar (encontrar) de otra información en la tarea. En la vida real, todo lo que tienes que hacer para encontrar el desplazamiento es medir la distancia que se mueven los objetos.
   • Tenga en cuenta que las unidades de distancia deben estar en metros en la fórmula para calcular el trabajo.
   • En nuestro ejemplo de tren de juguete, digamos que encontramos el trabajo realizado por el tren a su paso por la vía. Si comienza en un punto determinado y se detiene en un lugar a unos 2 metros a lo largo de la pista, entonces podemos usar 2 metros para nuestro valor "D" en la fórmula.
3. 3 Encuentra la fuerza aplicada al objeto. Luego, encuentre la cantidad de fuerza que se usa para mover el objeto. Ésta es una medida de la "fuerza" de la fuerza: cuanto mayor es su valor, más fuerte empuja el objeto y más rápido acelera su curso. Si no se proporciona la magnitud de la fuerza, se puede derivar de la masa y la aceleración del desplazamiento (siempre que no haya otras fuerzas en conflicto actuando sobre ella) utilizando la fórmula F = M × A.
   • Tenga en cuenta que las unidades de fuerza deben estar en Newtons para calcular la fórmula de trabajo.
   • En nuestro ejemplo, digamos que no conocemos la magnitud de la fuerza. Sin embargo, supongamos que saberque el tren de juguete tiene una masa de 0,5 kg y que la fuerza hace que se acelere a una velocidad de 0,7 metros / segundo. En este caso, podemos encontrar el valor multiplicando M × A = 0.5 × 0.7 = 0,35 Newton.
4. 4 Multiplica Fuerza x Distancia. Una vez que sepa la cantidad de fuerza que actúa sobre su objeto y la distancia a la que se movió, el resto es fácil. Simplemente multiplique estos dos valores entre sí para obtener el valor del trabajo.
   • Es hora de resolver nuestro problema de ejemplo. Con un valor de fuerza de 0.35 Newton y un valor de desplazamiento de 2 metros, nuestra respuesta es una cuestión de simple multiplicación: 0.35 × 2 = 0,7 julios.
   • Es posible que haya notado que la fórmula dada en la introducción tiene una parte adicional a la fórmula: coseno (θ). Como se discutió anteriormente, en este ejemplo, la fuerza y ​​la dirección del movimiento se aplican en la misma dirección. Esto significa que el ángulo entre ellos es 0. Dado que el coseno (0) = 1, entonces no debemos incluirlo, simplemente multiplicamos por 1.
5. 5 Indique la respuesta en julios. En física, los valores del trabajo (y varias otras cantidades) casi siempre se dan en una unidad de medida llamada joule. Un julio se define como 1 Newton de fuerza aplicada por metro, o en otras palabras, 1 Newton × metro. Esto tiene sentido: dado que está multiplicando la distancia por la fuerza, tiene sentido que la respuesta que obtenga tenga una unidad de medida igual a la unidad de su fuerza multiplicada por su distancia.
   • Tenga en cuenta que Joule también tiene una definición alternativa de 1 vatio de potencia emitida por segundo. Lea a continuación para obtener una discusión más detallada sobre el poder y su relación con el desempeño.

Parte 2 de 3: Cálculo del trabajo usando fuerza angular

1. 1 Encuentra fuerza y ​​desplazamiento como de costumbre. Arriba, tratamos un problema en el que un objeto se mueve en la misma dirección que la fuerza que se le aplica. De hecho, no siempre es así. En los casos en que la fuerza y ​​el movimiento de un objeto están en dos direcciones diferentes, la diferencia entre estas dos direcciones también debe tenerse en cuenta en la ecuación para obtener un resultado preciso. Primero, encuentre la cantidad de fuerza y ​​desplazamiento del objeto, como suele hacer.
   • Echemos un vistazo a otro ejemplo de problema. En este caso, suponga que estamos tirando del tren de juguete hacia adelante, como en el problema de ejemplo anterior, pero esta vez en realidad estamos tirando hacia arriba en un ángulo diagonal.En el siguiente paso tendremos esto en cuenta, pero por ahora nos ceñiremos a lo básico: el movimiento del tren y la magnitud de la fuerza que actúa sobre él. Para nuestros propósitos, digamos que la fuerza tiene la magnitud 10 Newton y que manejaba igual 2 metros adelante como antes.
2. 2 Encuentre el ángulo entre el vector de fuerza y ​​el desplazamiento. A diferencia de los ejemplos anteriores con una fuerza que está en una dirección diferente a la del movimiento del objeto, debe encontrar la diferencia entre las dos direcciones en términos del ángulo entre ellas. Si no se le proporciona esta información, es posible que deba medir el ángulo usted mismo o derivarlo de otra información del problema.
   • En nuestro problema de ejemplo, suponga que la fuerza que se aplica es aproximadamente 60 por encima del plano horizontal. Si el tren todavía se mueve en línea recta (es decir, horizontalmente), entonces el ángulo entre el vector de fuerza y ​​el movimiento del tren será igual a 60.
3. 3 Multiplica Fuerza × Distancia × Coseno (θ). Una vez que conoce el desplazamiento de un objeto, la cantidad de fuerza que actúa sobre él y el ángulo entre el vector de fuerza y ​​su movimiento, la decisión es casi tan fácil como sin tener en cuenta el ángulo. Simplemente tome el coseno de un ángulo (esto puede requerir una calculadora científica) y multiplíquelo por la fuerza y ​​el desplazamiento para encontrar la respuesta a su problema en julios.
   • Resolvamos un ejemplo de nuestro problema. Usando la calculadora, encontramos que el coseno 60 es 1/2. Incluyendo esto en la fórmula, podemos resolver el problema de la siguiente manera: 10 Newtons × 2 metros × 1/2 = 10 julios.

Parte 3 de 3: Uso del valor del trabajo

1. 1 Modifique la fórmula para encontrar la distancia, la fuerza o el ángulo. La fórmula de trabajo anterior no es simplemente útil para encontrar trabajo; también es valioso para encontrar cualquier variable en una ecuación cuando ya conoce el significado de trabajo. En estos casos, simplemente resalte la variable que está buscando y resuelva la ecuación de acuerdo con las reglas básicas del álgebra.
   • Por ejemplo, suponga que sabemos que nuestro tren está siendo arrastrado con una fuerza de 20 Newtons en un ángulo diagonal de más de 5 metros de vía para hacer 86.6 Julios de trabajo. Sin embargo, no conocemos el ángulo del vector de fuerza. Para encontrar el ángulo, simplemente seleccionamos esta variable y resolvemos la ecuación de la siguiente manera:

     86.6 = 20 × 5 × Coseno (θ)

     86,6 / 100 = Coseno (θ)

     Arccos (0,866) = θ = 30

2. 2 Dividir por el tiempo invertido en movimiento para encontrar el poder. En física, el trabajo está estrechamente relacionado con otro tipo de medida llamada potencia. La potencia es simplemente una forma de cuantificar la velocidad a la que se realiza el trabajo en un sistema en particular durante un largo período de tiempo. Por lo tanto, para encontrar la potencia, todo lo que tiene que hacer es dividir el trabajo utilizado para mover el objeto por el tiempo que lleva completar el movimiento. Las medidas de potencia se indican en unidades de W (que son iguales a Joule / segundo).
   • Por ejemplo, para el problema de ejemplo en el paso anterior, suponga que se necesitan 12 segundos para mover el tren 5 metros. En este caso, todo lo que tienes que hacer es dividir el trabajo realizado para moverlo 5 metros (86,6 J) por 12 segundos para encontrar la respuesta para calcular la potencia: 86,6 / 12 = '7,22 vatios.
3. 3 Utilice la fórmula TME_I + W_{Carolina del Norte} = TME_Fpara encontrar la energía mecánica en el sistema. El trabajo también se puede utilizar para encontrar la cantidad de energía contenida en el sistema. En la fórmula anterior TME_I = inicial energía mecánica total en el sistema TME_F = final energía mecánica total en el sistema y W_{Carolina del Norte} = trabajo realizado en los sistemas de comunicación debido a fuerzas no conservadoras. En esta fórmula, si se aplica una fuerza en la dirección del movimiento, entonces es positiva, y si la presiona (contra), entonces es negativa. Tenga en cuenta que ambas variables de energía se pueden encontrar mediante la fórmula (½) mv, donde m = masa y V = volumen.
   • Por ejemplo, para el ejemplo del problema dos pasos anterior, suponga que el tren tenía inicialmente una energía mecánica total de 100 J. Dado que la fuerza en el problema tira del tren en la dirección en la que ya pasó, es positiva. En este caso, la energía final del tren es TME_I + W_{Carolina del Norte} = 100 + 86.6 = 186,6 J.
   • Tenga en cuenta que las fuerzas no conservadoras son fuerzas cuyo poder para afectar la aceleración de un objeto depende de la trayectoria recorrida por el objeto.La fricción es un buen ejemplo: un objeto empujado a lo largo de un camino corto y recto sentirá los efectos de la fricción durante un corto período de tiempo, mientras que un objeto empujado a lo largo de un camino largo y sinuoso hasta la misma ubicación final experimentará más fricción en general.

Consejos

• Si logras resolver el problema, ¡sonríe y sé feliz por ti mismo!
• Practique resolviendo tantos problemas como sea posible, esto asegurará una comprensión completa.
• Sigue practicando y vuelve a intentarlo si fallas la primera vez.
• Estudie los siguientes puntos sobre el trabajo:
  • El trabajo realizado por la fuerza puede ser positivo o negativo. (En este sentido, los términos "positivo o negativo" tienen su significado matemático, pero su significado habitual).
  • El trabajo realizado es negativo cuando la fuerza actúa en sentido contrario al desplazamiento.
  • El trabajo realizado es positivo cuando la fuerza actúa en el sentido de la marcha.