En
física
la palabra trabajo no tiene el mismo significado que en el lenguaje
ordinario. En sentido físico, una fuerza no produce trabajo si no se
desplaza. Así, un individuo o un sistema que se limiten a sostener un gran
peso, realizarán un gran esfuerzo,
pero ello no se traducirá en trabajo alguno.
Sin
embargo, cuando una fuerza se
traslada, desarrolla un trabajo cuyo valor depende de la
magnitud de la fuerza, del espacio
que recorre y de la dirección de la fuerza
respecto del camino recorrido. En efecto, si tratamos de arrastrar un cuerpo
venciendo el rozamiento, cuando la fuerza
empleada se orienta en la misma dirección y el mismo sentido del camino, toda
ella se emplea en producir trabajo. Es decir, toda ella es
útil. Pero si la dirección de la fuerza
es distinta de la del camino recorrido, la fuerza
puede descomponerse en dos: una perpendicular al camino, y otra de la misma
dirección que él. La primera no produce trabajo alguno, ya que resulta neutralizada
por el peso del cuerpo. La que realmente desarrolla trabajo es la que se
orienta en la dirección del camino, por eso se llama fuerza útil.
Para
que exista trabajo, se precisa que exista una fuerza, y que esa fuerza
se traslade. El trabajo desarrollado depende del módulo de la fuerza, de la longitud
que se desplaza, y del ángulo que
forma la dirección de la fuerza con el camino recorrido. El trabajo
desarrollado por una fuerza constante
que recorre un camino rectilíneo, es el producto de la fuerza por el espacio que recorre, y por el coseno del ángulo que
forma la dirección de la fuerza con
la dirección del camino. Representando el trabajo por W, y el camino recorrido
por S:
W = F.S.cos a
Si
la fuerza tiene la misma dirección
del camino, el ángulo a, valdrá cero, y el coseno de a,
valdrá 1. Por lo tanto, en ese caso:
W = F.S
El trabajo producido por una fuerza
constante que tiene la misma dirección del camino recorrido, es igual al
producto de la fuerza por el espacio que recorre.
En
cuanto a la potencia, la definiremos como una magnitud que representa la
relación entre el trabajo
desarrollado y el tiempo invertido en
desarrollarlo. Dos individuos o sistemas físicos pueden hacer el mismo trabajo, pero si uno de ellos tarda la
mitad de tiempo que otro, decimos que
tiene doble potencia que él. Representando por P la potencia y por W
el trabajo, tendremos:
P = W/t
En
general, se llama energía a toda causa capaz de desarrollar un trabajo. Así, el viento es capaz de
mover un barco y por eso posee energía. El agua contenida en un
estanque elevado es capaz de mover una turbina al caer, y por tanto también
posee energía. Existen tantas formas de energía, como formas hay
de producir trabajo: mecánica, calorífica, eléctrica…
Ciñéndonos a la energía mecánica, la dividimos en dos clases principales: energía
potencial y energía cinética.
Energía
potencial es la
que tienen los cuerpos por causa de su forma, de su masa, de su composición
química, y sobre todo, por causa del lugar que ocupan en el espacio respecto de
otros cuerpos. Este último caso se conoce también en mecánica, como energía
de posición. Así, los cuerpos situados en el campo gravitatorio a una
altura h, poseen una energía potencial que es fácil de
calcular, ya que deberá ser equivalente al trabajo
que desarrollan al caer por el tiempo que tardan en hacerlo (potencia). Dicho trabajo será igual a la
potencia expresada en términos de masa por gravedad Mg, por la altura, h:
Ep = Mg.h
Energía
cinética es la energía debida al movimiento, es decir,
la energía que tienen los cuerpos en
movimiento por causa de la velocidad
a la que se mueven. El valor de la energía cinética que posee un cuerpo
de masa M que se mueve a una velocidad v, es:
Ec = ½ M.v2
Pero
los cuerpos en movimiento pueden sumar varios tipos de energía. Por ejemplo, un martillo que se mueve, posee además de la energía
cinética debida al movimiento, la energía
potencial debida a la posición que
ocupa, y a su propia masa. Lo que nos
lleva una vez más a la bellísima solución final de Albert Einstein que como
bien sabéis desde el post que dedicamos a la teoría especial de la
relatividad, aquí no nos cansamos de alabar:
E
= mc2
Aquí
queda impresa otra vez para que volváis a contemplarla y apreciarla en todo su
valor. Por mi parte, no añadiré ni una sola palabra.
¿No
es usted la señorita Smith, hija del famoso multimillonario? ¿No? Perdone, por
un momento pensé que me había enamorado.
Groucho Marx.