3 maneras de calcular el trabajo

Método 3:Encontrar trabajo en una dimensión El descubrimiento de trabajo con una fuerza angular El uso de un valor para el trabajo

En física, "trabajo" Cuenta con una definición diferente de la usada en nuestra vida diaria. Específicamente, este término se utiliza cuando una fuerza física provoca el movimiento de un objeto. En general, si una gran fuerza hace que un objeto para mover lejos, hay mucho trabajo de usar - y si la fuerza es pequeña o el objeto que no sea demasiado lejos, hay poco trabajo en uso. La fuerza se puede calcular a partir de la fórmula Trabajo = F × D × cos (θ), donde F = fuerza (en Newton), D = desplazamiento (en metros) y θ = ángulo entre el vector de la fuerza y la dirección del movimiento.

método 1

Encontrar trabajo en una dimensión

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 1

Encuentra la dirección del vector de fuerza y movimiento. Para empezar, es importante ser capaz de identificar la dirección en que se mueve el objeto y la dirección desde la que se aplica la fuerza - por ejemplo, si se tira de un carro pequeño por el mango, estarán aplicando una fuerza diagonal (suponiendo que se más alto que él) con el fin de que ésta siga adelante. Sin embargo, esta sección hará frente a situaciones en las que la fuerza y el desplazamiento del objeto Tienen la misma dirección. Para obtener información sobre cómo calcular el trabajo cuando ambos no tienen la misma dirección, más abajo.
Para facilitar su aprendizaje, continuaremos con un problema de ejemplo. Digamos que un carro de juguete que es tirado directamente por el tren por delante. En este caso, el vector de la fuerza y la dirección del punto de circulación de los trenes en la misma dirección - adelante. En los próximos pasos, vamos a utilizar esta información para calcular el trabajo aplicado al objeto.

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 2

Encontrar el desplazamiento de su objeto. La primera variable que necesitamos tener el trabajo fórmula, D, o el desplazamiento, que es el más fácil de encontrar. El desplazamiento es básicamente la distancia del objeto que sufre la aplicación de fuerza desde el punto de partida. En los problemas académicos, esta información se suele administrar o fácilmente deducible a partir de otros datos en la declaración. En el mundo real, para encontrar el offset, simplemente medir la distancia recorrida por el objeto.

Tenga en cuenta que las mediciones de distancia para ser expresadas en metros.

En nuestro ejemplo del tren de juguete, dicen haber descubierto el trabajo realizado por ella a medida que viaja por las vías. Si se ha iniciado en un punto específico y se detuvo a unos 2 metros entonces podemos utilizar este valor para el valor "D" en la fórmula.

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 3

Encontrar la fuerza aplicada al objeto. A continuación, encontrar la magnitud de la fuerza que se utiliza para mover el objeto. Esta es una medida de "intensidad" fuerza - cuanto mayor es la magnitud, más intensamente que empuja el objeto y el más rápido se acelera. Si no se describe la magnitud de la fuerza, que puede obtenerse a partir de la masa y la aceleración del objeto en movimiento (suponiendo que no hay fuerzas en conflicto con él) con la fórmula F = M x A.

Tenga en cuenta que medidas de fuerza deben estar en Newton por la fórmula de trabajo.

En nuestro ejemplo, digamos que la magnitud de la fuerza es desconocida. Sin embargo, sabemos que el tren de juguete tiene una masa de 0,5 kg y que la fuerza ha provocado que su aceleración de 0,7 m / s. En este caso, podemos descubrir la magnitud de la multiplicación M x A = 0,5 x 0,7 = 0,35 Newton.

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 4

Multiplicar la fuerza x distancia. Después de conocer la magnitud de la fuerza que actúa sobre el objeto y la distancia de su movimiento, el resto es fácil. Sólo multiplica estos dos valores para averiguar la cantidad de trabajo realizado.

Es hora de resolver el problema de ejemplo. Con una fuerza de 0,35 N y una cilindrada de 2 m, nuestra respuesta sólo necesita una multiplicación: 0,35 × 2 = 0,7 Joule.

Usted puede haber notado que la fórmula existente en la introducción, hay una parte adicional: Cos (θ). Como se mencionó anteriormente, en este ejemplo, la fuerza y la dirección del movimiento se enfrentan a la misma dirección. Esto significa que el ángulo entre ellos es 0 °. Una vez que el Cos (0) = 1, no se incluye en la ecuación - sólo nos multiplicando el resultado por 1.

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 5

Exprese su respuesta en Julios. En física, valores que se utilizan para trabajar (y varias otras cantidades) casi siempre se expresan en una unidad de medida denominada Joule. A Joule se define como una fuerza aplicada sobre un metro Newton o, en otras palabras, N x 1 m. Esto tiene sentido - ya está multiplicando la distancia por la fuerza, es lógico que la respuesta obtenida tiene una unidad de medida igual igual a la multiplicación de las unidades de medida de estas dos variables.

Tenga en cuenta que el Joule también tiene una definición alternativa - un vatio de potencia radiada a lo largo de un segundo. Lea a continuación para una explicación más detallada de la energía y su relación con el trabajo.

método 2

El descubrimiento de trabajo con una fuerza angular

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 6

Encuentra la fuerza y el desplazamiento como de costumbre. Por encima, nos ocupamos de los problemas del trabajo en el que se aplica el objeto se mueve en la misma dirección de la fuerza. De hecho, este no siempre es el caso. En situaciones en las que la fuerza y el movimiento del objeto tienen diferentes direcciones, la divergencia entre los dos también se debe considerar en la ecuación para obtener resultados precisos. Para empezar, averiguar cuál es la magnitud de la fuerza y el desplazamiento del objeto como de costumbre.

Observar otro ejemplo del problema. En este caso, estamos tirando de un tren de juguete hacia delante, como en el ejemplo anterior, pero esta vez también en diagonal hacia arriba en un ángulo. En el siguiente paso, vamos a tomar esto en consideración, pero por el momento vamos a seguir a lo básico: el desplazamiento del tren y de la magnitud de la fuerza que actúa sobre él. A los efectos de este problema, supongamos que la fuerza tiene una magnitud de 10 N y también movido por 2 metros, como antes.

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 7

Encontrar el ángulo entre el vector de la fuerza y el desplazamiento. A diferencia de los ejemplos anteriores, la fuerza tiene diferente dirección de movimiento del objeto, debe descubrir la divergencia en ambas direcciones de forma ángulo entre ellos. Si esta información no se le dio a usted, usted tiene que medirlo por su cuenta o inferir que de otra información comunicado.

En nuestro ejemplo problema, dicen que la fuerza se está aplicando 60 ° por encima de la línea central horizontal. Si el tren se sigue moviendo hacia adelante (es decir, horizontalmente), el ángulo entre el vector de fuerza y el movimiento de trenes será igual a 60 °.

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 8

Multiplicar la fuerza × distanciarse × cos (θ). Después de conocer a cambio de objeto a la magnitud de la fuerza que actúa sobre él y el ángulo entre el vector de fuerza y su movimiento, resolviendo el problema va a ser fácil, como si no fuera necesario tener en cuenta el ángulo. Simplemente tome el coseno del ángulo (que puede requerir una calculadora científica) y se multiplica por la fuerza y el desplazamiento, para encontrar la respuesta en unidades Joule.

Hagamos la resolución de tales problemas. Usando una calculadora, se encontró que el coseno de 60 ° es igual a 1/2. Al introducir este valor en la fórmula, se puede resolver de la siguiente manera: 10 N × 2 m × 1/2 = 10 J.

método 3

El uso de un valor para el trabajo

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 9

Invertir la fórmula para encontrar la distancia, la fuerza o el ángulo. La fórmula de trabajo se muestra arriba no es útil sólo para encontrar esta variable - que también es valioso en la búsqueda de las variables en la ecuación, cuando se sabe el valor del trabajo. En tales casos, simplemente aislar la variable de buscar y resolver el problema de acuerdo a las reglas básicas de álgebra.
Por ejemplo, digamos que el tren se está tirando con fuerza de 20 N en un ángulo diagonal por 5 m de carril para sostener 86,6 J de trabajo. Sin embargo, sabemos que el ángulo de vector fuerza. Para encontrar el ángulo aislará esta variable y resolver el problema de la siguiente manera:
86,6 = 20 x 5 x cos (θ)
86,6 / 100 = cos (θ)
Arccos (0,866) = θ = 30 °

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 10

Dividir el resultado por el tiempo invertido en movimiento para encontrar el poder. En física, el trabajo está directamente relacionado con otro tipo de medida conocida como "poder". En pocas palabras, es un medio para cuantificar la velocidad a la que se dedica a trabajar en un determinado sistema en el tiempo. Así que para encontrar el poder, sólo tiene que dividir el trabajo se utiliza para mover un objeto por el tiempo necesario para completar este cambio. Las mediciones de potencia se expresan en la unidad de Watt (igual a joule por segundo).

Por ejemplo, el paso del problema anterior, digamos que tomó 12 segundos para que el tren se mueve a 5 m. En este caso, todo lo que necesitamos hacer es dividir el trabajo realizado para este cambio (86,6 J) durante 12 segundos y encontrar el valor de la fuerza: 86,6 / 12 = 7,22 W.

Imagen titulada Determinar Trabajo Paso 11

En utilice la fórmula_yo + W_nc = En_F para encontrar la energía mecánica de un sistema. El trabajo también se puede utilizar para encontrar la energía presente en ella. En la fórmula anterior, En_yo Representa la energía mecánica total Sistema Inicial, En_F Representa la energía mecánica total final del sistema y W_nc es el trabajo realizado sobre el sistema debido a las fuerzas no conservativas. En esta ecuación, la fuerza empuja en la dirección del movimiento, es positivo y empuja en la dirección opuesta, es negativo. Tenga en cuenta que las dos variables de energía se pueden encontrar en la fórmula mv (½), donde m = masa y v = volumen.

Por ejemplo, el problema de los dos pasos anteriores, por ejemplo el tren inicialmente tenía una energía mecánica total de 100 J. A medida que la fuerza en problemas está tirando de tren hacia la dirección de su movimiento inicial, es positivo. En este caso, la energía final del tren está representado por En_yo + W_nc = 100 + 86,6 = 186,6 J.

Tenga en cuenta que las fuerzas no conservadoras son aquellos cuyo poder depende de la trayectoria recorrida por el objeto que está siendo acelerado. La fricción es un buen ejemplo - un objeto empujado sobre una ruta corta y directa sentir los efectos de la fricción por un corto tiempo, mientras que otro, empujados a lo largo de una ruta larga y complicada al mismo lugar se sentirá más fricción general .

consejos

Si se las arregló para resolver el problema, sonreír y darse felicitaciones por ganar!
Resolver tantos ejercicios como sea posible, y esto le traerá una comprensión más profunda.
Sigue practicando y vuelve a intentarlo, si no se puede en primer lugar.
Obtener información acerca de los siguientes trabajos:

El trabajo realizado por una fuerza puede ser positiva o negativa (en este sentido, los términos positivos o negativos se utilizan de una manera matemática, no como en la vida diaria).
El trabajo realizado es negativo cuando la fuerza actúa en la dirección opuesta a la dirección de desplazamiento.
El trabajo es positiva cuando la fuerza actúa en la misma dirección de desplazamiento.

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