TRABAJO MECANICO

El trabajo para mover un cuerpo depende de la fuerza aplicada sobre el objeto y de la distancia recorrida. En la figura, se obtiene el mismo trabajo empujando el cuerpo oblicuamente por la plataforma que con ayuda de una polea.





El trabajo mecanico se origino desde siempre; el trabajo mecánico en la vida diaria es muy intuitivo. Cuando una persona sube un objeto pesado desde la calle hasta un edificio, efectúa un trabajo. En el lenguaje corriente, la realización de un trabajo se relaciona con el consumo de energía. Así, los conceptos de trabajo y energía aparecen identificados no sólo en las teorías físicas, sino también en el lenguaje coloquial.

Al emplear maquinas podemos ahorrarnos trabajo, ya que al emplearlas 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.

Cuando se levanta un objeto desde el suelo hasta la superficie de una mesa, por ejemplo, se realiza trabajo al tener que vencer la fuerza de la gravedad, dirigida hacia abajo; la energía comunicada al cuerpo por este trabajo aumenta su energía potencial. También se realiza trabajo cuando una fuerza aumenta la velocidad de un cuerpo, como ocurre por ejemplo en la aceleración de un avión por el empuje de sus reactores. La fuerza puede no ser mecánica, como ocurre en el levantamiento de un cuerpo o en la aceleración de un avión de reacción; también puede ser una fuerza electrostática, electrodinámica o de tensión superficial (véase Electricidad). Por otra parte, si una fuerza constante no produce movimiento, no se realiza trabajo. Por ejemplo, el sostener un libro con el brazo extendido no implica trabajo alguno sobre el libro, independientemente del esfuerzo necesario.


El concepto de trabajo mecánico aparece estrechamente vinculado al de fuerza. De este modo, para que exista trabajo debe aplicarse una fuerza mecánica a lo largo de una cierta trayectoria. En términos físicos, el trabajo W se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por la distancia recorrida.
En términos físicos, el trabajo W se define como el producto escalar de la fuerza aplicada por la distancia recorrida.
donde a es el ángulo que forman la dirección de la fuerza y el desplazamiento.
Así pues, el trabajo es una magnitud escalar, que alcanza su valor máximo cuando la fuerza se aplica en la dirección y el sentido del movimiento.
De la definición anterior se deduce que las fuerzas aplicadas perpendicularmente a la dirección del movimiento producen un trabajo nulo.

WF=F.dcosθ

El trabajo depende del valor de la fuerza, del desplazamiento del cuerpo y de la dirección o ángulo que forme la fuerza aplicada con el desplazamiento.
Si la fuerza forma un ángulo comprendido entre 0° y 90°, el trabajo es positivo y varía desde su valor máximo (0°) hasta 0 (90°).
Si el ángulo está comprendido entre 90° y 180°, el trabajo es negativo y varía entre 0 y el mayor valor negativo.
De forma general se puede expresar el trabajo en función del ángulo que forma la fuerza con el desplazamiento utilizando la función trigonométrica coseno de un ángulo (cos ?):
W = F · s · cos ?

La unidad de trabajo en el Sistema Internacional (SI) es el julio ( J)· Un julio es el trabajo necesario para trasladar una fuerza de 1 N un espacio de 1 m.
1 J = 1 N · 1 m

Evidentemente, al ser el trabajo un intercambio de energía mecánica, las unidades de trabajo son las mismas que las de energía.

Las unidades del Trabajo Mecanico son:
Sistema Internacional de Unidades :
Kilojulios, 103 julios
Julio, unidad básica de trabajo en el SI

Sistema inglés
Termia inglesa (th), 105 BTU
BTU, unidad básica de trabajo este sistema

Sistema técnico de unidades
Termia internacional (también th), 106 cal
Kilocaloría (kcal), 10³ cal
Caloría internacional (cal), unidad básica de este sistema
Frigoría, contraparte de la caloría, equivale a -1 caloría.
Kilopondímetro (kpm)
Caballos de vapor hora (HP/Hr.)= (HPr)

Sistema cegesimal
Ergio, 10-7 julios

Sistema técnico inglés
pie-libra (ft·lb)

Otras unidades
Kilovatio-hora
Caloría termoquímica (calTQ)
Termia EEC.
Litro-atmósfera (l·atm)


Formulas:
El trabajo se calcula mediante una integral de línea. En general, a otro nivel puedes hallar el trabajo si tienes el vector fuerza y el vector desplazamiento que produce esa fuerza en el cuerpo en que está aplicada. En este caso, el trabajo viene dado por el producto escalar de esos vectores.
W= F. r (F y r son vectores)

Este producto se puede evaluar como módulo de F, por módulo de r por el coseno del ángulo que forman esos vectores:
W= F.r..cosx


Si además la fuerza es paralela al desplazamiento tendremos:
W= F.d



Y si la fuerza es antiparalela al desplazamiento:
W=-F.d

Si la fuerza depende de un potencial (que por lo general a su vez es una función de la posición), como la fuerza eléctrica, gravitatoria y otras, el trabajo se puede calcular como la variación de la energía potencial cambiada de signo:
W= -(variación de la energía potencial)W= -[Ep(final)-Ep(inicial)]


Importancia del trabajo mecanico
El trabajo es importante porque es la condición fundamental de toda la vida humana. Es la condición misma del desarrollo del hombre a lo largo de su historia. El trabajo no es solamente un medio para producir bienes o riquezas tomándola de la historia. Es el motor que crea al hombre lo desarrolla , impulsa sus habilidades y capacidades, su inteligencia, así como su cultura.



Leyes del trabajo:
Las leyes de la termodinámica son tres: la ley cero, la primera y la segunda. Esta curiosa nomenclatura se debe a que los científicos se dieron cuenta tardíamente de la necesidad de postular lo que hoy se conoce como la ley cero: si un sistema está en equilibrio con otros dos, estos últimos, a su vez, también están en equilibrio. Cuando los sistemas pueden intercambiar calor, la ley cero postula que la temperatura es una variable de estado, y que la condición para que dos sistemas estén en equilibrio térmico es que se hallen a igual temperatura.


La primera ley, por su parte, establece que la energía interna es también una variable de estado. La energía interna es la suma de las energías provenientes de todas las interacciones que sufre un sistema: por un lado, tenemos el trabajo mecánico que se realiza cuando dos sistemas interactúan por medio de una fuerza; por otro lado, se tiene el intercambio de calor o el de masa, que también puede producirse. Si en un sistema ocurre un proceso que lo lleva de un estado de equilibrio a otro, el trabajo realizado y el calor transferido pueden tomar un valor diferente, según el tipo de procesos que ocurran y el orden en que éstos se realicen. Un cuerpo macroscópico no acumula calor o trabajo. Empero, si se acumula la suma de trabajo y calor: decimos que la energía interna total es una variable de estado. Nótese que lo anterior lleva implícita la ley de conservación de la energía.


La segunda ley de la termodinámica se puede enunciar de muchas formas, todas equivalentes: existe un límite para la eficiencia de cualquier máquina térmica; el calor no puede fluir espontáneamente de un sistema frío a otro caliente; la entropía, que mide el desorden dentro del sistema, es una variable de estado y nunca disminuye en un sistema aislado. En más de un sentido, la primera ley nos dice que no podemos salir ganando y la segunda que ni siquiera saldremos a mano.


Primera ley de la Termodinámica
La primera ley no es otra cosa que el principio de conservación de la energía aplicado a un sistema de muchísimas partículas. A cada estado del sistema le corresponde una energía interna U. Cuando el sistema pasa del estado A al estado B, su energía interna cambia en
DU=UB-UA

Supongamos que el sistema está en el estado A y realiza un trabajo W, expandiéndose. Dicho trabajo mecánico da lugar a un cambio (disminución) de la energía interna de sistema
DU=-W



También podemos cambiar el estado del sistema poniéndolo en contacto térmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calor Q del segundo al primero, aumenta su energía interna en
DU=Q



Si el sistema experimenta una transformación cíclica, el cambio en la energía interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, DU=0. Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservación de la energía, W=Q.
Si la transformación no es cíclica DU¹ 0
Si no se realiza trabajo mecánico DU=Q
Si el sistema está aislado térmicamente DU=-W
Si el sistema realiza trabajo, U disminuye
Si se realiza trabajo sobre el sistema, U aumenta
Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a temperatura superior, U aumenta.
Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto térmico con un foco a una temperatura inferior, U disminuye.



Todo estos casos, los podemos resumir en una única ecuación que describe la conservación de la energía del sistema.
DU=Q-W


Si el estado inicial y final están muy próximos entre sí, el primer principio se escribe
dU=dQ-pdV



Maquinas para realizar trabajo:
camion



avion




el cuerpo humano




polea y cuerda




grua

gracias por su atencion...