¿Qué es trabajo?
Un día estás parado en una biblioteca cuando el bibliotecario te pide ayuda. ¿Puedes sostenerme estos libros? ella pregunta. Siendo la persona servicial que eres, por supuesto dices que sí. La bibliotecaria pone una enorme y pesada pila de libros en tus brazos y dice que volverá enseguida. Diez minutos después, ella todavía no ha regresado y le duelen mucho los brazos.
Cuando sostienes los libros así, ¿estás trabajando? Seguro que lo parece: te estás cansando y apenas puedes sostener los libros al final. ¿Pero sabías que, en el sentido de la física, no estás trabajando en absoluto?
El trabajo en física es una fuerza aplicada a distancia. Para hacer el trabajo tienes que aplicar una fuerza y hacer que un objeto se mueva una distancia en la dirección de esa fuerza. La ecuación para el trabajo es que el trabajo es igual a la fuerza multiplicada por la distancia recorrida en la dirección de esa fuerza:
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Entonces, si solo está sosteniendo los libros, no está trabajando en este sentido, no está trabajando en los libros.
Pero el trabajo también es una transferencia de energía. Siempre que se transfiere energía, se trabaja en algún lugar. Dado que se está cansando y utiliza la energía de los alimentos que comió, aún debe trabajar en lo profundo de su cuerpo. Es solo que estrictamente hablando, sus manos no están trabajando en los libros, porque los libros no se mueven a una distancia.
Gráficos de fuerza-distancia
Además de usar la ecuación, otra forma de calcular el trabajo que se está realizando es usar un gráfico de fuerza-distancia. Dado que el trabajo es la fuerza multiplicada por la distancia, eso significa que el área debajo del gráfico fuerza-distancia le da el trabajo realizado.
Si la fuerza es constante, esto significa simplemente encontrar el área de un rectángulo.
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Trabajo realizado por una fuerza variable
Pero a veces la fuerza no es constante. La verdad es que la ecuación trabajo es igual a fuerza por distancia solo se aplica cuando la fuerza es constante. Cuando la fuerza es variable, debes usar el gráfico fuerza-distancia. Afortunadamente, encontrar el área debajo de una gráfica con una fuerza variable es fácil: solo tienes que encontrar el área de un triángulo.
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Incluso si la variación en la fuerza es aún más compleja, incluso si es una curva, aún puede encontrar el trabajo dividiendo la curva en secciones diminutas, encontrando el área de muchos trapezoides pequeños y luego sumándolos. Cuanto más pequeñas sean las secciones, más precisa será su área, pero más tiempo tomará hacer sus cálculos.
Cuando aprenda matemáticas más avanzadas, descubrirá que el cálculo es una forma de hacer esas secciones infinitesimalmente pequeñas para obtener el valor más preciso posible para su área.
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Resumen de la lección
El trabajo es una fuerza aplicada para mover un objeto una distancia. Si el objeto no se mueve, no se está realizando ningún trabajo en ese objeto. El trabajo también es una transferencia de energía: siempre que la energía cambia de un tipo a otro, se debe trabajar en algún lugar, en algo, incluso si es difícil ver dónde.
Puede calcular el trabajo realizado a partir de la ecuación: el trabajo es igual a la fuerza por la distancia, pero solo si la fuerza es constante. Alternativamente, puede encontrar el área debajo de un gráfico de fuerza-distancia, que siempre funciona. Si el gráfico es una curva, deberá dividir la curva en muchos trapezoides pequeños para encontrar el área.
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