Trabajo
Si una fuerza constante
actúa sobre un objeto desplazándolo una distancia
, a lo largo de una línea recta, y la dirección de la fuerza coincide con la del movimiento, entonces el trabajo realizado
se expresa como el producto de la fuerza
por el camino recorrido.
Es decir:
.
Cuando la fuerza no es constante, por ejemplo, cuando se contrae o estira un resorte, el trabajo no se puede expresar en forma tan simple.
Consideremos una partícula
que se desplaza sobre el eje
, desde el punto
al punto
por medio de una fuerza
.
Dividamos el segmento
en
partes arbitrarias de longitudes
, y tomemos en cada subintervalo
un punto arbitrario
como se muestra a continuación.
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Cuando la partícula se mueve de
a
, el trabajo realizado es aproximadamente igual al producto
.
Luego, la suma:
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representa una suma integral, por lo que si
existe, entonces este expresa el trabajo realizado por la fuerza
al mover una partícula de
a
, a lo largo del eje
.Se tiene entonces que
siendo
la fuerza aplicada a la partícula cuando ésta se encuentra en el punto cuya coordenada es
.Si la unidad de fuerza es el kilogramo, y si la unidad de distancia es el metro, entonces la unidad de trabajo es el kilográmetro. También pueden utilizarse como unidades de trabajo la libra-pie y el gramo-centímetro.
El alargamiento o la compresión de un resorte helicoidal, nos proporciona un ejemplo del trabajo realizado por una fuerza variable. La ley de Hooke afirma que la fuerza necesaria para estirar un resorte helicoidal, es proporcional a la elongación del resorte. Así, la fuerza necesaria para producir una elongación de
unidades, está dada por la expresión
, donde
es la constante de proporcionalidad, que depende del material, del grosor del alambre, de la temperatura, etc.
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