TRABAJO Y POTENCIA MECANICOS

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.