Primera unidad leccion 1

1. Lección 1 “¿Cuándo realizamos trabajo?”
Objetivo: Utilizar las nociones
cuantitativas básicas de trabajo mecánico
y potencia desarrollada, para describir
actitudes de la vida cotidiana.

2.  A la relación entre la fuerza aplicada y el
desplazamiento y, en particular, a su producto, lo
llamaremos trabajo mecánico. Mientras mayor sea la
fuerza aplicada y/o el desplazamiento logrado, mayor
será también el trabajo realizado. La formulación del
concepto de trabajo está dada por la siguiente
expresión:
W = F·Δx
 El trabajo es una magnitud escalar y su unidad en SI es
el joule (J) que, según la relación anterior, corresponde
a Nm (newtonmetro). Es importante tener presente que
el trabajo se realiza siempre sobre algún cuerpo.

4.  Trabajo positivo: Si la fuerza está en la
dirección del desplazamiento, entonces toda la
fuerza realiza trabajo. Por lo tanto, el trabajo lo
calculamos como:
W = F·Δx

5.  Trabajo negativo: Cuando la dirección en que
se ejerce la fuerza se opone al movimiento,
entonces la fuerza será negativa con respecto al
desplazamiento; por consecuencia, el trabajo
será negativo, y lo calcularemos de la siguiente
manera:
W = −F·Δx

6.  Un joule corresponde al trabajo que se realiza
cuando una fuerza de 1 newton desplaza un
cuerpo 1 metro en la misma dirección y sentido
que la fuerza.
1 J = 1 N • m

8. Un joven está leyendo un libro de masa 1 kg, en el balcón del
tercer piso de su colegio a 7,5 m del suelo. De pronto, se le
suelta el su libro y este cae por efecto de la gravedad de la
Tierra. ¿Cuál es el trabajo efectuado por la joven sobre el libro
mientras lo sostiene? ¿Cuál es el trabajo realizado por el peso
sobre el libro al caer.
Análisis del problema en términos físicos:
1. Para sostener el libro, la joven debe ejercer sobre él una
fuerza igual, en
magnitud, al peso del libro.
Peso del libro: p = mg = 1× 10 = 10(N)

9. 2. Como el desplazamiento del libro es cero, aunque la joven
ejerza una fuerza no hay trabajo realizado.
W J = 0(J)
3. Al caer el libro hay una fuerza que produce este movimiento,
el peso, y existe desplazamiento; por lo tanto, hay un trabajo
realizado por el peso. Como el trabajo es el producto de la
fuerza y el desplazamiento, y en este caso el movimiento es en
la misma dirección de la fuerza:
W = FΔx = 10 × 7,5 = 75(J)
Respuesta:
La fuerza se dirige en el mismo sentido del movimiento; por lo
tanto, el trabajo es positivo, y es de 75 J.

10.  Para saber cuál es la fuerza neta o resultante,
sumamos todas y cada una de ellas,
considerando la dirección y el sentido (signo)
de ellas.
 Cuando hablamos del trabajo neto que ejerce o
le aplican a un cuerpo, debemos calcular las
suma de los trabajos realizados por cada
fuerza, respetando si son positivos o negativos.
Otra manera de calcular el trabajo neto, es
considerando la fuerza resultante sobre el
cuerpo y calcular el trabajo como uno solo.

11. El trabajo que hace la fuerza de roce siempre es
negativo, porque su sentido es contrario al
desplazamiento. El trabajo realizado por la fuerza
de roce es:
W = −FR Δx
El signo negativo es por el hecho de que la fuerza
de roce o fricción tiene sentido contrario al
movimiento.

13. La magnitud que relaciona el trabajo con el tiempo se llama
potencia mecánica y corresponde al trabajo realizado por
unidad de tiempo. La expresión que representa la potencia
mecánica es:
𝑃 =
𝑊
∆𝑡
La potencia en SI se mide en watt (W) en honor del inventor
escocés James Watt (1736-1819), quien hizo grandes aportes en
el desarrollo de la máquina a vapor, 1 (W) = 1 (J/s)

15. El concepto de potencia se puede interpretar
como la rapidez con que se realiza un trabajo.
Esto lo podemos deducir a partir de las
expresiones de trabajo y potencia:
Vemos que el trabajo también se puede calcular
como el producto de la fuerza neta que actúa
sobre un cuerpo y la rapidez con que se realiza el
trabajo.

16. a. Baile. Cuando un bailarín
levanta a su compañera realiza
trabajo. Sin embargo, cuando
la sostiene con sus brazos a
cierta altura, no realiza trabajo,
ya que no hay desplazamiento
en la dirección vertical.

17. b. Potencia de un motor de un
ascensor. La fuerza ejercida por el
motor es igual al peso total, ya
que el ascensor sube con
velocidad constante. Entonces, su
potencia se calcula considerando
el trabajo que realiza con dicha
fuerza y el tiempo que emplea.

18. c. Autos de carrera. La
potencia mecánica en los
autos de carrera se manifiesta
cuando estos alcanzan una
gran velocidad en un corto
tiempo; estos pueden realizar
un gran trabajo mecánico en
un tiempo muy pequeño.

19. d. Satélites. La fuerza de gravedad es la que
mantiene a los satélites orbitando alrededor de la
Tierra, esta fuerza al apuntar al centro del cuerpo
celeste, no coincide con la dirección del
desplazamiento, sino que en cada momento son
perpendiculares. Por lo tanto, los satélites al
moverse, lo hacen con rapidez constante y sin
realizar trabajo.

20. 1. Supón que una fuerza de 10 N actúa sobre un
cajón y lo desplaza 5 m. ¿Podría una fuerza de 2
N (suponiendo que lo mueve) realizar el mismo
trabajo que la de 10 N?, ¿cuál sería el
desplazamiento?

21. 2. Cuando llevas tu mochila llena de útiles en la
espalda, y caminas por una superficie horizontal,
¿realizas un trabajo mecánico o un esfuerzo físico?
Fundamenta tu respuesta.