TRABAJO… Parte II: Resolución físico-matemático, unidades.

in StemSocial5 months ago
¡Hola querida comunidad de hive, reciban todos un cordial saludo! Es para mí un placer estar de nuevo por acá compartiendo con ustedes una nueva publicación. Si recordamos o revisamos mi publicación anterior, donde comenzamos a desarrollar el contenido de trabajo y analizamos diversos casos sobre la fuerza y el desplazamiento, el día de hoy conoceremos las unidades del trabajo y aplicaremos los conceptos en la resolución físico-matemático.

The Maine Lobster Festival.pngImagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva

Repasando un poco el concepto de trabajo, tenemos que se trata de un producto escalar entre la fuerza y el desplazamiento que experimenta el punto de aplicación de dicha fuerza o en conclusión el producto entre una fuerza y una longitud. Eso quiere decir, que su unidad se define como el trabajo que realiza la unidad fuerza al desplazar su punto de aplicación una unidad de longitud en la misma dirección de la fuerza.

En la ecuación del trabajo el coseno de α no tiene dimensiones por lo que las unidades del trabajo dependerán únicamente del producto de la fuerza por el desplazamiento (F . x).

Unidad C.G.S

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Unidad M.K.S

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Sistema Técnico

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Si estudiamos profundamente cada una de las unidades, tenemos que un ergio es el trabajo realizado por la fuerza de una dina cuando el cuerpo al cual se le aplica una fuerza se desplaza un centímetro. Un Joule es el trabajo efectuado por la fuerza de un Newton cuando el cuerpo al cual se le está aplicando, se desplaza un metro en su misma dirección y sentido. Y por último, un Kilopondímetro o Kilográmetro es el trabajo realizado por un kilopondio cuando el cuerpo se desplaza un metro.

Ahora bien, ya en este punto es importante conocer las conversiones de cada una de ellas; por ejemplo, 1 Joule es equivalente a 10 e 7 ergios, y 1 kilopondímetro es igual 9,8 Joule. A continuación, presentaré un resumen de equivalencias, el cual será de mucha utilidad al momento de realizar algunas trasformaciones:

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Fuente: Brett y Suárez (2000)

Ahora apliquemos lo desarrollado anteriormente realizando algunos problemas prácticos. Veamos como es el trabajo realizado por un agente externo contra la gravedad.

Analicemos la imagen que se presenta a continuación, una fuerza F obliga a un cuerpo a desplazarse de forma horizontal.

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Si aplicamos la ecuación de trabajo tenemos que:

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Como el movimiento y la componente del peso poseen la misma dirección, pero sentidos opuestos, entonces α = 180°

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Por lo tanto, el trabajo es negativo, porque la partícula sobre la cual actúa la fuerza tiene una componente opuesta a la dirección de la fuerza aplicada.


Continuando con el tema, es momento de realizar un ejemplo un poco más complejo pero súper interesante.

En un criadero de cochinos ubicado a las afueras de la ciudad, se encuentra un hombre halando un cochino de masa m = 150 Kg por una superficie horizontal, aplicando una fuerza F constante de 500 N, a un ángulo de Ɵ = 36,9° con la horizontal. Suponiendo que el cochino ha sido arrastrado una distancia horizontal de 20 m, ¿Cuál será el trabajo realizado por la fuerza aplicada por el hombre? ¿Cuál será el trabajo realizado por la fuerza de gravedad y por la fuerza normal?

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Fuente: Figueroa (2006)

Analizando un poco el enunciado tenemos un cuerpo (cochino) al cual se le está aplicando una fuerza F para así lograr moverlo, es necesario conocer el trabajo de la fuerza que se aplica.

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Ahora comencemos a resolver cada una de las interrogantes que se nos presentaron en el problema, recordando que la ecuación de trabajo es:

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Solución A: El trabajo realizado por la fuerza aplicada por el hombre.

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Sustituimos

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Solución B: El trabajo realizado por la fuerza de gravedad.

El peso, m.g es perpendicular al desplazamiento x, por lo tanto, su trabajo es cero.

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Solución C: El trabajo realizado por la normal.

Al igual que el peso, el trabajo realizado por la fuerza normal N es cero.

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Análisis: De los resultados matemáticos obtenidos en este problema podemos ver que el trabajo de la fuerza realizada para mover el cochino es de 7997 J, mientras que el trabajo de la fuerza que ejerce el peso y la normal es igual a cero, esto debido a que las fuerzas aplicadas son perpendiculares al desplazamiento.

Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y una vez más los invito a dejar sus comentarios, opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico.


Referencias

Figueroa, D. (2006). Dinámica. Caracas: Douglas Figueroa.

Fundacite Lara. (2010). La energia. Fuerza vital, transformando conciencias. Barquisimeto: MC Editora, C.A.

Brett, E & Suárez, W. (2000). Teoría y práctica de física. Caracas: Distribuidora escolar, S.A.

Nota: Todos los diagramas y ecuaciones presentados en esta publicación son diseñados y editados por mi persona utilizando elementos e imágenes del programa Microsoft Power Point.

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Congratulations @hannymarchan!
You raised your level and are now a Minnow!

Hola, de nuevo una muy buena contribución sobre el trabajo, me recuerda al tema del trabajo virtual, usado en temas académicos de Ing. Civil para resolver sistemas estructurales. En esos casos, el desplazamiento no es real sino virtual, se asume un desplazamiento imaginario y los trabajos virtuales se compatibilizan con el sistema otiginal real para despejar una incógnita. Saludos! Felicidades por alcanzar el rango de Minnow!

@acont que bueno que leíste mi publicación, los temas que estoy desarrollando en este momento tienen mucha aplicabilidad en la ingenería, seguro te traerán más recuerdos.

Gracias.

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