Cómo calcular el trabajo basado en la fuerza aplicada en un ángulo

  1. Educación
  2. Ciencia
  3. Física
  4. Cómo calcular el trabajo basado en la fuerza aplicada en un ángulo

Libro Relacionado

Por Steven Holzner

Si aplica la fuerza en un ángulo en lugar de paralelamente a la dirección del movimiento, tiene que proporcionar más fuerza para realizar la misma cantidad de trabajo. Puede utilizar la física para calcular cuánto trabajo se requiere, por ejemplo, cuando arrastra un objeto utilizando una cuerda de remolque, como muestra la figura.

Se requiere más fuerza para hacer la misma cantidad de trabajo si se tira en un ángulo mayor.

Cuando estás tirando en ángulo theta, no estás aplicando una fuerza en la misma dirección que la dirección del movimiento. Para encontrar el trabajo en este caso, todo lo que tienes que hacer es encontrar el componente de la fuerza a lo largo de la dirección del movimiento o desplazamiento. El trabajo bien definido es la fuerza a lo largo de la dirección de desplazamiento multiplicada por la magnitud del desplazamiento, s:

Digamos que usted usa una cuerda para arrastrar un lingote de oro, y la cuerda está en un ángulo de 10 grados del suelo en lugar de paralelo. En este ejemplo, theta = 10 grados. Si desea aplicar la misma cantidad de fuerza paralela al suelo que antes, entonces necesitará que el componente de su fuerza que está en la dirección del desplazamiento sea el mismo que si estuviera aplicando una fuerza paralela – en este caso, 2.450 newtons. Esto significa que

Si usted resuelve por la magnitud de su fuerza, usted tiene

Si tira en un ángulo de 10 grados, tiene que suministrar alrededor de 40 newtons adicionales de fuerza. Pero, ¿acabarás haciendo la misma cantidad de trabajo? Lo harías si tiraras con esta fuerza. Pero piense un poco más en la situación – en realidad no tiene que hacer tanto trabajo.

Si tira en ángulo, el componente de la fuerza que aplica que se dirige a lo largo del piso – en la dirección del desplazamiento – hace el trabajo. El componente de la fuerza que usted aplica que está dirigida en ángulos rectos a esto – hacia arriba – no funciona, pero sí sirve para levantar el lingote (o lo que sea que usted esté remolcando). La fuerza no es lo suficientemente grande como para levantar el lingote del suelo, pero reduce su fuerza normal con el suelo, y usted sabe lo que eso significa: menos fricción.

Calcula cuánta fuerza de fricción tienes si arrastras tu lingote con una cuerda que esté en un ángulo de 10 grados. El coeficiente de fricción es el mismo que si se empuja el lingote, pero ahora la fuerza normal con el suelo viene dada por el peso del lingote menos el componente ascendente de la fuerza que se suministra. Por lo tanto, la fuerza de fricción viene dada por

Aquí, la componente vertical de la fuerza que se aplica al lingote viene dada por

La fuerza de fricción debe ser menor que si se tirara del lingote paralelo al suelo porque la fuerza normal es menor – ya se puede ver que se necesita menos trabajo para mover el lingote.

Debido a que usted quiere hacer la menor cantidad de trabajo, usted quiere arrastrar el lingote a través del suelo con la menor fuerza necesaria para superar la fricción. Así que establece la componente horizontal de tu fuerza igual a la fuerza de fricción:

Ahora conecte la fuerza de fricción, que le da lo siguiente:

Si reorganizas esta ecuación para resolver el problema de Fpull, puedes encontrar la magnitud de la fuerza que necesitas aplicar:

Esto es un poco más pequeño que la fuerza que tendría que aplicar si tirara del lingote en línea recta. Ahora, digamos que quiere trasladar el lingote a su casa, que está a 3 kilómetros de distancia. Si la cuerda está en un ángulo de 10 grados, el trabajo que usted haría al tirar del lingote sobre una distancia horizontal de 3 kilómetros (3.000 metros) sería

Si se tira del lingote en línea recta, se usaría 7,35 x 106 J. Por lo tanto, hay que trabajar menos si se tira en ángulo, ya que hay menos fuerza de fricción que superar.

Leave a Reply