Cómo calcular el trabajo basado en la fuerza aplicada a un objeto a distancia

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Por Steven Holzner

Utilizando la física, puede calcular el trabajo necesario para mover un objeto a una distancia determinada. El movimiento es necesario para que el trabajo se haga. Para realizar el trabajo, una fuerza neta tiene que mover un objeto a través de un desplazamiento. El trabajo es producto de la fuerza y el desplazamiento.

Para trabajar en este lingote de oro, hay que empujar con suficiente fuerza para superar la fricción y hacer que el lingote se mueva.

Aquí hay un ejemplo: Diga que está empujando un enorme lingote de oro a casa, como muestra esta figura. ¿Cuánto trabajo tienes que hacer para llevarlo a casa? Para encontrar trabajo, necesitas saber tanto la fuerza como el desplazamiento. Primero, averigüe cuánta fuerza requiere empujar el lingote.

Supongamos que el coeficiente cinético de fricción,

entre el lingote y el suelo es de 0,250 y que el lingote tiene una masa de 1.000 kilogramos. ¿Cuál es la fuerza que hay que ejercer para mantener el lingote en movimiento sin acelerarlo? Comienza con esta ecuación para la fuerza de fricción:

Asumiendo que la carretera es plana, la magnitud de la fuerza normal, FN, es sólo mg (masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad). Esto significa que

donde m es la masa del lingote y g es la aceleración debida a la gravedad en la superficie de la Tierra. Conectando los números se obtiene lo siguiente:

Hay que aplicar una fuerza igual en magnitud a la fuerza de fricción (es decir, 2.450 newtons) para mantener el lingote en movimiento sin acelerar.

Conoces la fuerza, así que para encontrar trabajo, necesitas conocer el desplazamiento. Digamos que su casa está a 3 kilómetros, o 3.000 metros de distancia. Para llevar el lingote a casa, tienes que hacer todo este trabajo:

Debido a que está empujando el lingote con una fuerza que es paralela al suelo, el ángulo entre F y s es de 0 grados, y cos 0 grados = 1, por lo que conectar los números le da lo siguiente:

Usted necesita hacer 7.35 × 106 julios de trabajo para mover su lingote a casa. ¿Quieres un poco de perspectiva? Bueno, para levantar 1 kilogramo 1 metro en línea recta, hay que suministrar una fuerza de 9,8 newtons (aproximadamente 2,2 libras) a lo largo de esa distancia, lo que requiere 9,8 julios de trabajo. Para llevar su lingote a casa, necesita 750.000 veces eso. En otras palabras, 1 kilocaloría equivale a 4.186 julios. Una kilocaloría es comúnmente llamada Caloría (C mayúscula) en la nutrición; por lo tanto, para mover el lingote a casa, usted necesita gastar alrededor de 1,755 Calorías. ¡Hora de sacar las barras de energía!

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