Trabajo Mecánico: Conceptos, Fórmulas y Sistemas de Unidades
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Definición
En física, el trabajo mecánico se define como el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y el desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento.
Fórmula
La fórmula general del trabajo mecánico es:
L = F * D * cos(α)
Donde:
- L: Trabajo
- F: Fuerza
- D: Distancia
- α: Ángulo comprendido entre la fuerza y el desplazamiento
Casos Particulares
Dependiendo del ángulo entre la fuerza y el desplazamiento, se presentan los siguientes casos:
Caso 1: Fuerza en la dirección del desplazamiento (α = 0°)
L = F * D * cos(0°) = F * D * 1
L = F * D
Caso 2: Fuerza con un ángulo agudo respecto al desplazamiento (0° < α < 90°)
L = F * D * cos(α)
Donde 0 < cos(α) < 1
Caso 3: Fuerza con un ángulo obtuso respecto al desplazamiento (90° < α < 180°)
L = F * D * cos(α)
Como cos(α) < 0, entonces:
L = -F * D
Caso 4: Fuerza en dirección opuesta al desplazamiento (α = 180°)
L = F * D * cos(180°) = F * D * (-1)
L = -(F * D)
Caso 5: Fuerza en la dirección del desplazamiento (α = 0°)
L = F * D * cos(0°) = F * D * 1
L = F * D
Caso 6: Fuerza perpendicular al desplazamiento (α = 90°)
L = F * D * cos(90°) = F * D * 0
L = 0 (No hay trabajo)
Sistemas de Unidades
El trabajo mecánico se puede expresar en diferentes sistemas de unidades:
1. Sistema MKS (Metro, Kilogramo, Segundo)
L = F * D * cos(α)
L = N * M = Joule (J)
L = kg * m * m/s2 = kg * m2/s2 = Joule
2. Sistema CGS (Centímetro, Gramo, Segundo)
L = F * D * cos(α)
L = Dina * cm = Ergio
L = g * cm * cm/s2 = g * cm2/s2 = Ergio
3. Sistema Técnico
L = F * D * cos(α)
L = KG * M = Kilográmetro (kg * m)