FISICA 6- TRABAJO Y POTENCIA MECÁNICA

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Tema: TRABAJO 
MECÁNICO
➢ Cantidad física escalar que caracteriza la acción que ejerce la fuerza sobre el cuerpo al
comunicarle cierto desplazamiento.
La unidad de medida en el S.I es el joule (J).
▪ Para realizar trabajo es necesario que exista un desplazamiento del cuerpo.
Al levantar la maleta
hacia arriba realizamos
un trabajo mecánico
Pero; si la sostienes, por
mas fuerza que aplicas no
realizas trabajo ya que no
hay desplazamiento
A) TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA CONSTANTE
Sea una fuerza constante y paralela al
desplazamiento, el trabajo que esta fuerza
desarrolla sobre el bloque al desplazarlo una
distancia “d” viene dado por:
𝑾𝑨𝑩
𝑭 = 𝑭. 𝒅 𝒄𝒐𝒔 𝜽
Dónde:
▪ F: Módulo de fuerza que realiza el trabajo (en N).
▪ d: Distancia (en m).
▪ W: Trabajo de la fuerza “F”(en J)
OBSERVACION:
a) Para una fuerza
que actúa en la
dirección y sentido
del desplazamiento.
F
D
WF = F. D
b) Para una fuerza que actúa
en la dirección y sentido
opuesto al desplazamiento.
F
D
WF = −F. D
c) Para una fuerza que actúa en
la dirección perpendicular al
desplazamiento.
WF = 0
2. TRABAJO REALIZADO POR UNA FUERZA 
VARIABLE SOLO EN MODULO 
Para una fuerza de dirección constante cuyo módulo varía con su posición o distancia (x). En
este caso se efectúa la gráfica de la fuerza con respecto a la posición (x), el trabajo está
representado por el área encerrada por la gráfica con el eje de la posición entre la posición
inicial (xo) y la posición final (xf)
ሻ𝐅(𝑵
X(m)
𝐅𝟎
𝐅𝐟
𝐱𝟎 𝐱𝐟
F = ax + b
área = WF
¡ Recuerda que la fuerza es
solo variable en modulo
eso significa que la
dirección de la fuerza
aplicada es constante…!!!
El trabajo neto que se realiza sobre un cuerpo
sobre el cual actúan varias fuerzas es la sumatoria
de los trabajos realizados por cada fuerza
independientemente de las demás:
NETO F F F2 31
A B A B A B A BW W W W ...→ → → →= + + +
Nótese que esta suma es
escalar, los sumandos pueden
ser positivos, negativos o cero,
lo mismo ocurre con el
resultado.
TRABAJO NETO O RESULTANTE
WNETO = ∑W
F
OBSERVACION:
A) Si las fuerzas que actúan
sobre el cuerpo son constantes;
el trabajo neto se puede indicar:
WNETO = FR. D = ma D
B) Si el movimiento del bloque
es a velocidad constante:
WNETO = 0
TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGIA 
CINETICA
El trabajo total realizado por fuerzas externas
sobre un cuerpo se relaciona con el
desplazamiento de éste (los cambios en su
posición), pero también está relacionado con los
cambios en la rapidez del cuerpo. Para
comprobarlo, considere lo siguiente:
Considere una partícula con masa m que se mueve en el
eje x bajo la acción de una fuerza neta constante de
magnitud F dirigida hacia el eje +x
La aceleración de la partícula es constante y está dada
por la segunda ley de Newton,
𝐹 = 𝑚𝑎𝑥
Suponga que la rapidez cambia de 𝑣1 a 𝑣2 mientras la 
partícula sufre un desplazamiento Ԧ𝑆 = 𝑥1 − 𝑥2
Luego; el bloque desarrolla un movimiento con
aceleración constante:
𝑣𝑓
2 = 𝑣0
2 + 2 Ԧ𝑎𝑥 . Ԧ𝑆
Sustituyendo en la ec. de Newton de forma
conveniente:
𝐹 = 𝑚
𝑣𝑓
2 − 𝑣𝑜
2
2 Ԧ𝑆
𝐹. 𝑠 =
1
2
𝑚𝑣𝑓
2 −
1
2
𝑚𝑣𝑜
2
El producto F.s es el trabajo efectuado por la fuerza neta
F y, por lo tanto, es igual al trabajo total 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
efectuado por todas las fuerzas que actúan sobre la
partícula
Llamamos a la cantidad
1
2
mv2 la energía cinética (𝐸𝑐ሻ de la partícula.
❖Igual que el trabajo, la energía cinética de una partícula es una cantidad escalar; sólo 
depende de la masa y la rapidez de la partícula, no de su dirección de movimiento.
𝐸𝑐 =
1
2
𝑚𝑣2 (definición de energía cinética):
Así, la ecuación dice:
𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐸𝑐𝑓 − 𝐸𝑐𝑖 = 𝛥𝐸𝑐
Magnitud escalar la cual determina la
rapidez con la cual se realiza un trabajo. En
el caso particular que el trabajo se realice
de manera uniforme, es decir se realizan
trabajos iguales en tiempos iguales
cualesquiera, la potencia es constante e
igual al trabajo realizado en la unidad de
tiempo:
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 =
𝑻𝒓𝒂𝒃𝒂𝒋𝒐
𝑻𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐
= 𝑭. 𝑽
Unidad: watt (W) = J . s-1
Otra unidad de Potencia:
▪ 1 H.P. = Caballo de fuerza → 1. H.P = 746 W
▪ 1 C.V. = Caballo vapor → 1C.V.= 735 W
POTENCIA MECANICA
EFICIENCIA DE UNA MAQUINA
Toda máquina necesita de un suministro de
potencia para realizar algún tipo de trabajo, esto
es, para desarrollar una potencia útil. Así se define
la eficiencia de una máquina como la razón entre
las potencias útiles a la entregada a la máquina
En toda máquina se cumple:
entregada perdidaútilP P P= +
La eficiencia de una maquina se suele
expresar también en términos de
tanto por ciento esto es:
útil
entregada
P
100%
P
= 
01. Indicar verdadero (V) o falso (F) según
corresponda de acuerdo a la magnitud trabajo
mecánico.
I. Se mide en unidades de joule (J)
II. Es una magnitud vectorial, pues se multiplican dos
magnitudes vectoriales, la fuerza y el
desplazamiento.
III. Para que exista trabajo mecánico solo basta
aplicar una fuerza.
A) VVV B) FVF C) FFF D) VVF E) VFF
02. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda 
de acuerdo a la magnitud trabajo mecánico.
I. El trabajo realizado por una fuerza radial en una
trayectoria circulare es cero
II. El trabajo de la fuerza de gravedad (peso) depende de
la trayectoria que siga el cuerpo
III. Un kilo-joule equivale a 100 J
A) VVV B) FVF C) FFF D) VVF E) VFF
03. Seguramente usted estará de acuerdo en que cuesta 
trabajo mover un sofá pesado, levantar una pila de libros 
del piso hasta colocarla en un estante alto, o empujar un 
automóvil averiado para retirarlo de la carretera. Todos 
estos ejemplos concuerdan con el significado cotidiano 
de trabajo: cualquier actividad que requiere esfuerzo 
muscular o mental. En cuál de las siguientes figuras se 
realizara trabajo mecánico: 
 
 figura (1) figura (2) 
 
 
 figura (3) 
 
A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) I y II E) II y III 
 
04. El trabajo mecánico es una magnitud fisica escalar 
que nos indica la transmisión del movimiento, su unidad 
de medida es el joule (J), Si el bloque es arrastrado 
mediante una cuerda, ejerciendo una fuerza de módulo 
25 N, determine la cantidad de trabajo realizado por dicha 
fuerza desde A hasta B. 
 
A) 150 J B) 200 J C) 250 J 
D) 300 J E) 350 J 
 
05. Si la esfera de 0,2 kg es lanzada tal como de muestra, 
determine la cantidad de trabajo realizado por la fuerza 
de gravedad sobre el bloque en el tramo AB. 
 (g = 10 m/s2) 
 
 
A) – 46 J B) 45 J C) 36 J 
D) - 36 J E) 90 J 
 
06. El trabajo neto o total se indica como la suma 
algebraica de todos los trabajos efectuados sobre el 
bloque. ¿Cuál es la cantidad de trabajo neto realizado 
sobre el bloque de masa 10 kg, para un tramo de 5 m? 
La superficie es rugosa (μ=0,5) La persona jala el bloque 
con una magnitud de 50 N (g = 10 m/s2) 
 
A) – 120 J B) 240 J C) – 240 J 
D) 0 J E) – 360 J 
 
07. El trabajo que realiza la fuerza “F” de módulo 
constante, al desplazar el bloque una cierta distancia, es 
W. Si se duplica el ángulo “α” realizaría un trabajo igual a 
1,6 W para la misma distancia, hallar “α” 
 
A) 90° B) 45° C) 60° 
D) 53° E) 37° 
 
 
09. Apliquemos ahora lo aprendido al resorte estirado. 
Para mantener un resorte estirado una distancia x más 
allá de su longitud sin estiramiento, debemos aplicar una 
fuerza de igual magnitud en cada extremo. Si el 
alargamiento x no es excesivo, vemos que la fuerza 
aplicada al extremo derecho tiene una componente x 
directamente proporcional a x: xF Kx= donde k es una 
constante llamada constante de fuerza (o 
constante de resorte) del resorte. 
 
La observación de que el alargamiento (no excesivo) es 
proporcional a la fuerza fue hecha por Robert Hookeen 
1678 y se conoce como ley de Hooke; sin embargo, no 
debería llamarse “ley”, pues es una afirmación acerca de 
un dispositivo específico y no una ley fundamental de la 
naturaleza. En base a esto se tiene un resorte de 
K=200 N/m en un estado sin deformación, aplicamos una 
fuerza y este se deforma a10cm. ¿Qué cantidad de 
trabajo realizamos sobre el resorte? 
 
A) 2 J B) 6 J C) 0 J 
D) 3 J E) 1 J 
11. La potencia mecánica es la rapidez para que se
pueda desarrollar un trabajo mecánico, se mide en el S.I
en watt (W), sobre un bloque se desarrolla un trabajo de
600 J en un intervalo de tiempo de 5s, ¿Cuál es la
potencia mecánica que se obtiene sobre el bloque?
A) 120 W B) 126 W C) 130 W
D) 132 W E) 113 W
12. ¿Qué el HP o también llamado caballo- fuerza? El 
caballo de fuerza, también llamado caballo de 
potencia —puesto que es una medida de potencia y no 
de fuerza, y en inglés horsepower, es el nombre de 
varias unidades de medida de potencia utilizadas en el 
sistema anglosajón. Se denota hp, HP o Hp, del término 
inglés horsepower, expresión que fue acuñada por 
James Watt en 1782 para comparar la potencia de las 
máquinas de vapor con la potencia de los caballos de tiro. 
El valor del caballo de potencia se dedujo de los 
experimentos de James Watt, quien midió que un caballo 
podría hacer 33,000 pies-libra de trabajo por minuto, al 
levantar carbón de una mina abierta. 
 
Siendo: 
( ) ( )trabajo fuerza x dis tancia
potencia
tiempo tiempo
= = 
 
( ) ( )330lbf x 100pie lbf.pie
1HP 33000
1min min
= = 
Una conversión al sistema métrico (S.I) es: 
1HP 746W= 
 
¿A cuánto equivale la potencia de 4,5hp en el sistema 
métrico? 
A) 2,357 kW B) 3,357 kW C) 5,677 kW 
D) 6,987 kW E) 3,654 kW