CONCEPTO DE TRABAJO MECANICO
Las nociones de trabajo y energía por intervenir en
todas las partes del estudio de la física se consideran como los conceptos mas
trascendentales de que se ocupa esta ciencia.
El concepto físico de trabajo difiere
fundamentalmente de la idea común que de el se tiene. En el lenguaje popular o
corriente la expresión trabajo se aplica a cualquier esfuerzo físico o mental
que se hace en orden a producir un determinado resultado. así por ejemplo,
cuando una persona intenta levantar una piedra sin lograrlo, se dice que ha
trabajado mucho y a los estudiantes se les oye decir: me costo mucho trabajo
leer la lección de geografía.
En toda idea de trabajo intervienen siempre como
elementos una fuerza, un cuerpo, o punto material a que se aplica y un efecto
obtenido que se manifiesta por un desplazamiento del punto o cuerpo en la
dirección de la fuerza aplicada; son efectos de trabajo mecánico: empujar una nevera
para cambiarla de sitio, levantar un ladrillo para colocarlo sobre una mesa,
arrastrar una caja, etc...
en cada uno de los anteriores ejemplos hay que
fijarse en dos cosas primero, que la persona que realiza el trabajo ejerce una
fuerza; de conformidad con lo expuesto, el trabajo podría definirse como: el
esfuerzo producido por una fuerza, cuando se mueve en el punto material a que
se aplica en la dirección de ella.
Noción suele decirse que hay trabajo, siempre que
una fuerza produce algún movimiento; siempre que se desplaza el punto de
aplicación de alguna fuerza. Hay trabajo, cuando un obrero tira de un cable y
levanta un bloque de piedra. No hay trabajo aunque si fuerza, cuando el bloque
de piedra permanece colgado toda la noche.
Subir un ladrillo desde el sótano hasta el primer
piso de una casa, es un cierto trabajo, subirlo hasta el segundo piso se
considera doble trabajo; y hasta el tercero triple trabajo. También se
considera que el trabajo es tanto mayor en cuanto mas ladrillos halla que subir.
Subir 10 ladrillos un piso equivale a subir 10 pisos con un ladrillo o a subir
con 5 ladrillos dos pisos.
El concepto físico de trabajo coincide en gran
parte con el doble lenguaje ordinario.
Definición. El trabajo físicamente considerado, es
una magnitud directamente proporcional a la fuerza, y al espacio recorrido por
el punto de aplicación de dicha fuerza en su misma dirección.
Trabajo positivo y negativo. Se considera como
positivo el trabajo hecho por una fuerza cuyo punto de aplicación se desplaza
en su misma dirección y sentido; y como negativo, el trabajo hecho por una
fuerza cuyo punto de aplicación se desplaza en su misma dirección pero en
sentido contrario. Los negativos son trabajos resistentes; los positivos son
trabajos motores.
Puesto que no puede existir una fuerza sin que haya
otra igual y opuesta a ella, es claro que a todo trabajo motor corresponde
siempre un trabajo resistente de igual valor absoluto. La suma de los trabajos
positivos y negativos es siempre cero. El trabajo resistente no puede existir
sino en tanto en cuanto exista un trabajo motor.
FACTORES DE TRABAJO se deduce que el trabajo
mecánico esta determinado por la intervención de dos factores:
· Intensidad de la
fuerza aplicada
· Desplazamiento en
la dirección de la fuerza
Cuando se elevan cuerpos de diferente peso a una
altura común, el trabajo mayor se realiza cuanto mayor sea el peso del cuerpo y
en igualdad de pesos el valor del trabajo depende en forma directa de la altura
lo anterior significa que el valor del trabajo depende en forma directa de los
factores fuerza y desplazamiento; por tanto, su expresión será:
Trabajo = fuerza X
distancia
W = F . s
La ecuación dimensional del trabajo será pues:
M . L . L
W = = ML²-²
T²
UNIDADES DE
TRABAJO
Sistema
C.G.S.................................................................... Ergio
Sistema
M.K.S.................................................................... Julio
Ergio : es el trabajo efectuado por la fuerza de
una DINA, cuando el punto material a que se le aplica , se desplaza un metro.
Julio : es el trabajo efectuado por la fuerza de un
Newton, cuando el punto material a que se le aplica, se desplaza un metro.
Como unidad secundaria de trabajo existe también el
kilogrametro o sea el trabajo realizado por la fuerza de un kilogramo a lo
largo de un metro de distancia. Se aclara que el kilogramo no es la unidad que
corresponda a ninguno de los sistemas de unidades que hemos venido empleando y
que mas bien es la unidad industrial de trabajo.
Movimiento y trabajo. Conviene anotar que no puede
darse el caso de trabajo real sin movimiento; pero si, el movimiento sin
trabajo, al menos en teoría. En la practica se da el caso de movimiento con muy
poco trabajo.
Sobre un plano perfectamente horizontal, y sin
rozamiento, bastaría el mas leve impulso para dar a una esfera cierta
velocidad, la cual, por la inercia, se conservaría indefinidamente, sin ningún
trabajo. Hubo si, un trabajo, mientras obro la fuerza del impulso inicial pero
después, ya no hay trabajo. Lo mismo sucede en el movimiento circular; pues, de
hecho no hay desplazamiento del móvil, (que es donde esta el punto de
aplicación de la fuerza) en dirección radial.
CONCEPTO DE
POTENCIA
En el valor de trabajo mecánico realizado por el
Hombre o por una maquina, el factor tiempo no tiene ninguna influencia, o sea
que el trabajo que el trabajo es independiente del tiempo empleado para
efectuarlo.
Así por ejemplo, para elevar 200 ladrillos a 5 mts
de altura el trabajo que realiza no cambia de valor así se emplee en la
mencionada operación dos horas dos días o dos meses. Sin embargo en la
actividad industrial no solo es necesario realizar cierta clase de trabajos,
sino que es indispensable tener en cuenta el tiempo durante el cual el trabajo
debe ser realizado a quien construye una casa o eleva agua con una bomba, no
solo le interesa efectuar el trabajo propiamente enunciado, sino que es
indispensable tener en cuenta el tiempo durante el cual el tiempo debe ser terminado.
Si dos personas o maquinas realizan el mismo
trabajo ( elevar 200 litros de agua a 10 mts de altura ) empleando cada una de
ellas diferente tiempo, física mente se le califica diciendo que tienen
distancia potencia; si por ejemplo si una persona emplea la mencionada
operación dos horas y la otra cinco horas , la primera tiene mayor potencia que
la segunda.
Noción. levantar un Kg. del suelo a la mesa, es
trabajo que puede hacer un hombre en un segundo, y una hormiga en varias horas
por esto es que se dice que el hombre tiene mas fuerza que una hormiga.
Así, cuando se trata de las maquinas, y de un mismo
trabajo, se aprecia como el doble de la potencia que lo ejecuta en la mitad del
tiempo, se llama doble o triple la potencia que ejecuta un trabajo doble o
triple.
El concepto físico de potencia es el mismo que se
encuentra en el lenguaje ordinario.
Definición .potencia es una magnitud directamente
proporcional al trabajo, e inversamente proporcional al tiempo correspondiente.
La potencia de un mecanismo es un concepto muy
importante pues en un motor, por ejemplo lo que interesa no es la cantidad
total de trabajo que puede hacer hasta que se descomponga sino la rapidez con
la que pueda entregar el trabajo ósea el trabajo que puede hacer en cada unidad
de tiempo, que es precisamente la potencia.
TRABAJO W
POTENCIA = P =
TIEMPO t
F . s
COMO W = F . s P =
T
UNIDADES DE
POTENCIA
Siendo la potencia, el trabajo realizado en la
unidad de tiempo, se tendrán como sus unidades.
Sistema C.G.S.
................................................................. ergio/seg
Sistema M.K.S.
................................................... .julio/seg = watio
Como unidades secundarias de potencia, se emplean:
·
kilogrametro/segundo
......................................... kmg/seg
·
El HP
..................................................................... 75
kgm/seg
·
El
kilo-watt.......................................................... 1000 watios
El vatio: es la potencia
necesaria para realizar el trabajo de un julio, en un segundo. Es la unidad del
sistema practico, usual también en medidas eléctricas. 1 kilovatio=1000 w =1,36
H.P.
El kilogramo por Segundo:
es la unidad de potencia en el sistema técnico. Es la potencia necesaria para
hacer el trabajo de 1 Kgr. Durante un segundo. Prácticamente, es la potencia
que se emplea para levantar un Kg. a un metro de altura, en un segundo.
El caballo de vapor,
británico, se definió como igual a 33000 footpounds por el minuto, ósea 550
pies-libra por segundo. El caballo de vapor, métrico , se define como igual a
75 Kg. /s, y así, es la potencia necesaria para elevar, en un segundo, 75 Kg. A
un metro de altura.
Unidades de trabajo derivadas.
Hay algunas unidades de trabajo cuya definición depende de otras unidades de
potencia. Así , el vatio hora es el trabajo correspondiente a una potencia de
un vatio utilizada durante una hora. Es decir: un julio por segundo durante una
hora, ósea: 3600 julios.
El freno de prony.
Se utiliza para medir la potencia de los motores. Por medio de el se aprecia el
trabajo ejecutado en cierto tiempo, y de ahí se deduce la potencia de un motor.