Trabajo mecánico - Enciclopedia España

En la física, el trabajo mecánico es la cantidad de la energía transferida por una fuerza . Como energía, es una cantidad escalar, con las unidades del SI de los julios . La conducción de calor no se considera ser una forma de trabajo, puesto que no hay fuerza macroscópico mensurable, solamente las fuerzas microscópicas que ocurren en colisiones atómicas. En el 1830s, el francés Gaspar-Gustavo Coriolis del matemático acuñó el trabajo del término para el producto de la fuerza y de la distancia.

Las muestras positivas y negativas del trabajo indican si el objeto que ejerce la fuerza está transfiriendo energía a un cierto otro objeto, o recibiéndolo. Una jarra del béisbol, por ejemplo, hace el trabajo positivo sobre la bola, pero el colector hace el trabajo negativo sobre él. El trabajo puede ser cero incluso cuando hay una fuerza. La fuerza centrípeta en el movimiento circular uniforme, por ejemplo, pone a cero el trabajo porque la energía cinética del objeto móvil no cambia. Asimismo, cuando un libro se sienta en una tabla, la tabla no hace ninguÌn trabajo sobre el libro, porque no se transfiere ninguna energía en o del libro.

Cuando la fuerza es constante y a lo largo de la misma línea que el movimiento, el trabajo puede ser calculado multiplicando la fuerza por la distancia, $W=Fd$ (dejando F y d tener muestras positivas o negativas, según el sistema coordinado elegido). Cuando la fuerza no miente a lo largo de la misma línea que el movimiento, esto se puede generalizar al producto escalar de la fuerza y de los vectores de la dislocación.

Cálculo del :

En el caso más simple de un cuerpo en descanso actuaba inicialmente encendido por una fuerza constante paralela a esa dirección, el trabajo es dado por estas fórmulas ¡ $W del l = F d \, \! de$ ; ¡(1) = \ frac {1} {2} m v^2 del $W del \, \! de$ ; (derivado de la ecuación antedicha)

donde está la porción el F del de la fuerza que actúa en la misma dirección que el movimiento, y el d del
es la distancia viajaron por el objeto (la nota que la distancia es una cantidad escalar y por eso, es también trabajo).

El trabajo se toma para ser negativo cuando la fuerza se opone al movimiento. Más generalmente, la fuerza y la distancia se toman para ser cantidades del vector, y se combinan usar el producto de punto :

$W = \ en negrilla {} \ cdot de F \ en negrilla {d} = F d \ lechuga romana \ de la phi$ ; (2)

donde está el ángulo el $\ phi$ entre la fuerza y el vector de la dislocación. Para que esta fórmula ser válida, la fuerza y el ángulo debe siga siendo constante. La trayectoria del objeto debe quedar orientada siempre una línea sola, recta, aunque puede cambiar direcciones mientras que se mueve a lo largo de la línea.

En las situaciones donde la fuerza cambia en un cierto plazo, y/o la trayectoria se desvía de una línea recta, la ecuación (1) no es directo aplicable. Sin embargo, bajo restricciones suaves, es posible dividir el movimiento en los pequeños pasos, tales que la fuerza y el movimiento están aproximados bien como siendo constantes para cada paso, y después expresar el trabajo total como la suma sobre estos pasos. Esto es formalizada por la línea siguiente integral, que se puede tomar como definición algo general del trabajo:

$W_C := \ int_ {C} \ en negrilla {} \ cdot \ mathrm {d} \ {s} en negrilla de F de$ ; (3)

donde: el C del es la curva de la trayectoria o atravesada por el objeto; el F del
es el vector de la fuerza ; el s del
es el vector de posición .

Debe ser acentuado que $W_C$ es explícitamente una función de la trayectoria $C$ . Si el trabajo fuera un potencial del dependería solamente de las puntos finales de la trayectoria, pero éste no es el caso; en general el trabajo $W_C$ depende de cada detalle de la trayectoria $C$ . Como cuestión relacionada, no es apropiado escribir el W de d = el F · del s del del d ni W de d = cualquier cosa (excepto quizás en los casos triviales, que excluimos de la consideración adicional). Esto es porque el W de la notación d implica que el W de d es un diferencial exacto, mientras que el correcto F de la expresión · del s del del d es un diferencial inexacto . Es bastante común ver el $\ el mathrm {d} W$ usados como F de la taquigrafía · del s del del d, pero éste se debe considerar alto informal y matemáticamente injustificable. Ciertamente no hay función $W$ que se puede distinguir para dar el F · del s del del d.

La ecuación (3) explica fácilmente cómo una fuerza diferente a cero puede hacer el trabajo cero. El caso más simple es donde está siempre perpendicular la fuerza a la dirección del movimiento, haciendo el integrando siempre cero (viz movimiento circular). Sin embargo, incluso si el integrando toma a veces valores diferentes a cero, puede todavía integrar a cero si es a veces negativa y a veces positivo.

La posibilidad de una fuerza diferente a cero que hace el trabajo cero ejemplifica la diferencia entre el trabajo y una cantidad relacionada: Impulso (el integral de la fuerza en un cierto plazo). Cambio de las medidas del impulso en el ímpetu, una cantidad de un cuerpo del vector sensible a la dirección, mientras que el trabajo considera solamente la magnitud de la velocidad. Por ejemplo, como un objeto en el movimiento circular uniforme atraviesa mitad de una revolución, su fuerza centrípeta no hace ninguÌn trabajo, sino que transfiere un impulso diferente a cero.

Unidades

considera también:

l trabajo (termodinámica) La unidad del SI de trabajo es el julio (j), que se define como el trabajo hecho por una fuerza de un Newton que actúa sobre una distancia de un metro . Esta definición se basa en definición 1824 de s de Carnot Sadi 'del trabajo como " peso levantado a través de un height", que se basa en el hecho de que los motores de vapor tempranos fueron utilizados principalmente para levantar los cubos de agua, con una altura gravitacional, fuera de minas de mineral inundadas. El Newton-metro dimensional equivalente (N·m) se utiliza a veces en lugar de otro; sin embargo, también se reserva a veces para el esfuerzo de torsión para distinguir sus unidades de trabajo o de energía.

Las unidades No-SI de trabajo incluyen el ergio, el pie-libra, el Pie-poundal, y la Litro-atmósfera .

Tipos de trabajo

Las formas de trabajo que no son evidentemente mecánicas de hecho representan casos especiales de este principio. Por ejemplo, en el caso de " work" eléctrico;, un campo eléctrico trabaja en partículas cargadas mientras que se mueven con un medio.

Un mecanismo de la conducción de calor es colisiones entre los átomos rápidos en un cuerpo caliente con los átomos de movimiento lento en un cuerpo frío. Aunque los átomos que chocan trabajen en uno a, la fuerza hace un promedio para poner a cero casi adentro a granel, así que la conducción no se considera ser trabajo mecánico.

Trabajo (Pressure-Volume) del picovoltio

Trabajo químico del picovoltio del de los estudios de la termodinámica, que ocurre cuando el volumen de los cambios flúidos. El trabajo del picovoltio es representado por la ecuación siguiente: = \ int_C P del

W_C del l \, \   del mathrm {d} V

; (4)

donde:
El W es el trabajo hecho en el sistema
El P es la presión externa
El V es el volumen

Como todas las funciones de trabajo, el trabajo del picovoltio es el dependiente en la trayectoria $C$ . (La trayectoria en la pregunta es una curva en el espacio euclidiano especificada por la presión del líquido y el volumen, y muchas tales curvas son infinitamente posibles.) De una perspectiva termodinámica, este hecho implica que el trabajo del picovoltio del no es una función de estado . Esto significa que el $P \ el mathrm diferenciados {d} V$ es un diferencial inexacto . Algunos prefieren escribir la “d” con una línea a través o utilizar el $\ el delta W$ en lugar de otro para señalar esta condición.

Desde un punto de vista matemático, es decir, el $\ el mathrm {d} W$ no es una Uno-forma exacta . El uso de un diverso símbolo para el diferencial advierte que no haya realmente función (forma ) $W$ 0 que es el potencial del $\ del mathrm {d} W$ . Si hubiera, de hecho, esta función $W$ , debemos poder utilizar el alimentamos el teorema, y calculamos el integral antedicho apenas evaluando esta función supuesta, el potencial del $\ del mathrm {d} W$ , en el límite de la trayectoria, los puntos es decir, iniciales y finales, y por lo tanto el trabajo serían una función de estado. Esta imposibilidad es constante con el hecho de que no tiene sentido de referir al el trabajo sobre un punto ; el trabajo presupone una trayectoria.

El trabajo del picovoltio se mide a menudo en las unidades (no-SI) de litro-atmósferas, donde 1 L·atmósfera = 101.

Energía mecánica

considera también:

la energía mecánica

La energía mecánica del de un cuerpo es esa parte de su energía total que esté conforme a cambio al lado de trabajo mecánico. Incluye la energía cinética y la energía potencial . Algunas formas de energía notables que no incluye son la energía termal (que puede ser aumentado en el trabajo friccional, pero disminuido no fácilmente) y la energía de resto (que es constante mientras la masa de resto siga siendo igual).

La relación entre el trabajo y la energía cinética

Si un F de la fuerza externa actúa sobre un cuerpo, haciendo a su la energía cinética cambiar del E_k1 al E_k2, entonces: ¡

W = \ delta E_k = E_ {k2} - E_ {k1} \, \!

También, si substituimos la ecuación para la energía cinética que indica = \ frac {1} del $E_k {2} mv^2$ , entonces conseguimos: $W del = \ = \ frac {1} {2} mv_2 ^2 de E_k del delta - \ = 2} mv_1 ^2 \ frac del frac {1} {{1} {2} m (\ del delta v^2)$ ;

Así hemos derivado el resultado, de que que el trabajo mecánico hecho por una fuerza externa actuando sobre un cuerpo es proporcional al cuadrado del cambio en velocidad de ese cuerpo. (Debe ser observado que el último período en la ecuación sobre es $de de hecho \ el delta v^2$ en vez de $(\ delta v)^2$ .)

Conservación de la energía mecánica

El principio de conservación del de la energía mecánica indica que, si un sistema está sujeto solamente a las fuerzas del conservador (e. solamente a una fuerza gravitacional ), su energía mecánica total sigue siendo constante.

¡Por ejemplo, si un objeto con la masa constante es en caída libre, la energía total de la posición 1 igualará el del $del de la posición 2. (E_k + E_p) _1 = (E_k + E_p) _2 \, \!$ donde
$E_k$ es la energía cinética, y
$E_p$ es la energía potencial . El trabajo externo será hecho generalmente por la fuerza de fricción entre el sistema en el movimiento o la fuerza conservadora interna-no en el sistema o la pérdida de energía debida calentar.

Zenithic

Scorpène class submarine

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