¿Cómo determinas el trabajo? Fórmula, Ejemplos y Práctica de Prueba de Aptitud
Si buscas "cómo determinas el trabajo", probablemente quieras una manera clara de calcular el trabajo en física. La respuesta corta es que el trabajo depende de la fuerza, el desplazamiento y el ángulo entre ellos. En el caso más simple, el trabajo equivale a tiempo de fuerza distancia. En problemas reales, usted también necesita preguntar si la fuerza apunta en la misma dirección que la moción, contra la moción, o parcialmente. Esta guía explica las principales fórmulas, ejemplos comunes, fricción, uso de química y cómo se conectan estas preguntas Práctica de aptitud estructurada para el razonamiento mecánico y numérico.
Lo que significa trabajo en física
En física, el trabajo es la energía transferida cuando una fuerza mueve un objeto a través de un desplazamiento. Si empujas una caja y se mueve en la dirección que empujas, tu fuerza trabaja positivamente en la caja. Si la fricción resiste al movimiento, la fricción generalmente hace trabajo negativo. Si una fuerza actúa en un ángulo recto hacia el movimiento, esa fuerza no funciona porque no mueve el objeto a lo largo de su propia dirección.
Esta definición es más estrecha que el discurso cotidiano. Decir "Hice mucho trabajo hoy" puede referirse al esfuerzo, la atención o el tiempo. En física, el esfuerzo por sí solo no es suficiente. Si empujas duro sobre una pared y la pared no se mueve, el desplazamiento es cero, por lo que el trabajo mecánico hecho en la pared es cero. Eso puede sentirse contraintuitivo, pero es exactamente por qué estos problemas son útiles para la práctica de razonamiento: debe separar el lenguaje ordinario de cantidades mensurables.
La unidad estándar para el trabajo es el joule, escrito como J. Un joule es el trabajo realizado cuando un newton de fuerza mueve un objeto un metro en la dirección de la fuerza. Debido a que el trabajo es una forma de transferencia de energía, los joules también se utilizan para la energía.
La fórmula básica: trabajo = fuerza x distancia
La fórmula más simple es:
W = Fd
En esta fórmula, W es trabajo, F es fuerza, y d es desplazamiento. Úsalo cuando la fuerza y el punto de desplazamiento en la misma dirección.
Ejemplo: Una persona empuja un carrito con una fuerza constante de 40 N, y el carrito mueve 3 m en la misma dirección. El trabajo es:
W = 40 N x 3 m
W = 120 J
Ese ejemplo utiliza las dos medidas que los principiantes necesitan más: fuerza y desplazamiento. La fuerza le dice lo fuerte que el objeto es empujado o tirado. El desplazamiento le dice hasta qué punto el objeto se mueve en la dirección pertinente. Si falta valor alguno, no se puede determinar el trabajo solo de la ecuación básica.
Un error común es utilizar la distancia total viajada cuando la pregunta pide desplazamiento a lo largo de la fuerza. Supongamos que una persona lleva una bolsa horizontalmente a través de una habitación a la altura constante. La fuerza de apoyo ascendente de la mano es mayormente vertical, mientras que el desplazamiento es horizontal. Para la fuerza ascendente, el ángulo está cerca de 90 grados, por lo que la fuerza no hace trabajo mecánico en la bolsa en la dirección horizontal.
Cómo calcular el trabajo con un ángulo
Muchos problemas no son perfectamente horizontales o verticales. Cuando la fuerza se aplica en un ángulo, sólo la parte de la fuerza que apunta a lo largo del desplazamiento funciona. La fórmula se convierte en:
W = Fd cos(theta)
Aquí, theta es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento. Si el ángulo es de 0 grados, cos(theta) es 1, así que la fórmula se reduce a W = FdSi el ángulo es de 90 grados, cos(theta) es 0, así que el trabajo hecho por esa fuerza es 0. Si el ángulo es de 180 grados, cos(theta) es -1, por lo que el trabajo es negativo.
Ejemplo: Una cuerda tira un trineo con 50 N de fuerza en un ángulo de 30 grados sobre la horizontal. El trineo mueve 4 m horizontalmente. El trabajo realizado por la cuerda es:
W = 50 N x 4 m x cos(30 degrees)
W = 200 x 0.866
W = 173.2 J
Es por eso que dibujar el ángulo importa. Usted no está preguntando, "¿Cuán difícil es el objeto ser tirado?" Usted está preguntando, "¿Cuánto de ese tirador actúa a lo largo del movimiento?" En preguntas de aptitud mecánica, el diagrama a menudo contiene la pista. Lea la dirección del movimiento, identifique la fuerza aplicada y luego decida si la fuerza total o sólo un componente pertenece a la ecuación.
Cómo calcular el trabajo hecho por la fricción
La fricción generalmente actúa frente a la dirección del movimiento. Cuando la fricción cinética ralentiza un objeto, el trabajo realizado por la fricción se escribe a menudo como:
W_friction = -f_k d
El signo negativo importa. Significa que la fricción elimina la energía mecánica del objeto en movimiento. Por ejemplo, si una caja deslizante experimenta 12 N de fricción cinética sobre 5 m, el trabajo realizado por fricción es:
W_friction = -12 N x 5 m
W_friction = -60 J
Si el problema da el coeficiente de fricción cinética, es posible que primero necesite encontrar la fuerza de fricción:
f_k = mu_k N
En una superficie de nivel, la fuerza normal N es a menudo igual al peso del objeto, mg, cuando no hay otras fuerzas verticales involucradas. Entonces puedes usar esa fuerza de fricción en la ecuación de trabajo. Tenga cuidado en las rampas o tiradas angulares, porque la fuerza normal puede cambiar.
El trabajo por fricción es un puente común entre fórmulas e interpretación. Un trabajo aplicado positivo podría acelerar un objeto, mientras que el trabajo de fricción negativa reduce la energía disponible para el movimiento. Si la pregunta pide trabajo neto, agregue el trabajo realizado por cada fuerza pertinente con su signo.
Tres fórmulas de trabajo útiles para saber
Los estudiantes a menudo piden las "tres fórmulas para el trabajo". El mejor conjunto depende del tema, pero estos tres cubren muchos problemas introductorios:
| Situación | Formula | Cuándo utilizarlo |
|---|---|---|
| La fuerza es paralela al movimiento | W = Fd | Un empuje constante o tire en la misma dirección que el desplazamiento |
| La fuerza está en un ángulo | W = Fd cos(theta) | Tirar un trineo, arrastrar una caja o resolver componentes de fuerza |
| Velocidad de los cambios de trabajo netos | W_net = Delta KE | Problemas de teorema de energía laboral que implican energía cinética |
Para el teorema de energía de trabajo, el trabajo neto es igual al cambio de energía cinética:
W_net = 1/2 mv_f^2 - 1/2 mv_i^2
Esta fórmula es útil cuando el problema da masa y velocidad en lugar de una fuerza y distancia directas. También ayuda cuando varias fuerzas actúan de inmediato. Usted puede calcular el cambio total en la energía cinética sin encontrar por separado cada término de trabajo individual, siempre y cuando el problema dé suficiente información de movimiento.
La química utiliza una convención relacionada pero diferente para el trabajo de volumen de presión. En muchas clases de química, el trabajo de expansión o compresión está escrito como:
w = -P_ext Delta V
Esa fórmula pertenece a los gases y la termodinámica, no a una caja que se desliza por el suelo. Siempre coincide con la fórmula con el contexto del curso.
Cuando Resultados de Búsqueda Mezclan Física, Finanzas y Trabajo de Carrera
La frase "trabajo determinado" puede apuntar a varias intenciones diferentes. Las páginas de física generalmente responden con fuerza, distancia, ángulo y energía. Las páginas financieras pueden discutir el capital de trabajo, donde una definición básica es el activo actual menos el pasivo actual. Las páginas profesionales pueden discutir objetivos, prioridades, habilidades y trabajo adecuado. Las búsquedas de seguridad, como el límite de carga de trabajo de la cadena de acero soldada, requieren calificaciones del fabricante, guía de inspección y procedimientos de seguridad calificados en lugar de adivinanzas.
Si se está preparando para una prueba, identifique el dominio antes de elegir una fórmula. Una hoja de trabajo que pide "trabajo = fuerza x distancia" es física. Una pregunta de negocios que pide "capital de trabajo neto" es la financiación. Un aviso de planificación de la carrera preguntando cómo determinar sus objetivos de trabajo es sobre la toma de decisiones, no joules. Este paso de clasificación rápida le impide aplicar la fórmula acertada al problema equivocado.
Para la preparación de pruebas de aptitud, esa habilidad de clasificación es parte del ejercicio. Las preguntas de razonamiento mecánico y numérico a menudo recompensan a las personas que pausan lo suficiente para clasificar el tipo de problema antes de calcular. Es posible que le resulte útil revisar mecánica y numérica razonamiento práctica como una manera de conectar fórmulas con la interpretación de problemas.
Un método simple para problemas de trabajo
Utilice esta lista de verificación cuando necesite determinar el trabajo:
- Identificar el objeto que recibe la fuerza.
- Escribe la fuerza en Newtons.
- Escriba el desplazamiento en metros.
- Encuentra el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.
- Elija
W = FdoW = Fd cos(theta). - Añade una señal negativa cuando la fuerza actúa frente al desplazamiento.
- Usar joules para la unidad final.
- Comprueba si la pregunta pide trabajo de una fuerza o trabajo neto.
Aquí hay un ejemplo trabajado:
Una caja se tira 6 m con una fuerza de 30 N a 0 grados a la moción. La fricción hace -40 J de trabajo. ¿Cuál es el trabajo neto?
Calcular primero el trabajo aplicado:
W_applied = 30 N x 6 m
W_applied = 180 J
A continuación, añadir fricción:
W_net = 180 J + (-40 J)
W_net = 140 J
El trabajo neto es positivo, por lo que la caja gana energía cinética en general. Si el trabajo neto hubiera sido negativo, la caja perdería energía cinética en general. Si el trabajo neto fuera cero, su energía cinética no cambiaría, incluso si las fuerzas individuales siguieran actuando.
Usar problemas de trabajo para crear una mejor lectura de pruebas
Saber cómo determinas que el trabajo no es sólo sobre la memorización W = Fd. Se trata de leer una situación, elegir las cantidades adecuadas, y comprobar si su respuesta tiene sentido. Esos son los mismos hábitos que soportan las pruebas de aptitude: ralentizar, notar la relación entre variables, y evitar tratar cada número en la pregunta como igualmente importante.
Cuando practiques, mezcla ejemplos de fuerza directa x distancia con preguntas de ángulo, preguntas de fricción y preguntas de teorema de energía de trabajo. Después de cada respuesta, escriba una frase explicando por qué el signo es positivo, negativo o cero. Esa reflexión convierte el cálculo en razonamiento. Si quieres una manera más amplia de conectar patrones de resolución de problemas con la exploración de la carrera, AptitudeTest.me's Recursos de claridad profesional puede ser utilizado como apoyo opcional, educativo en lugar de una promesa de cualquier resultado específico.
FAQ
¿Cuál es la fórmula para determinar el trabajo?
La fórmula básica es W = Fd, donde el trabajo iguala los tiempos de fuerza desplazamiento. Úsalo cuando la fuerza y el desplazamiento estén en la misma dirección. Si la fuerza está en un ángulo, use W = Fd cos(theta).
¿Cómo se calcula el trabajo?
El trabajo se calcula multiplicando la fuerza por el desplazamiento en dirección a esa fuerza. Para las fuerzas anguladas, se multiplica por el cosino del ángulo entre la fuerza y el desplazamiento. La unidad final es el joule.
¿Qué dos medidas se necesitan para calcular el trabajo?
Para la fórmula más simple, usted necesita fuerza y desplazamiento. En muchos problemas reales, también necesita el ángulo entre ellos para determinar cuánto de la fuerza actúa a lo largo del movimiento.
¿Cuáles son tres fórmulas para el trabajo?
Tres fórmulas útiles son W = Fd, W = Fd cos(theta), y W_net = Delta KE. El primero es para la fuerza y el desplazamiento paralelos, el segundo es para la fuerza angular, y el tercero conecta el trabajo neto a un cambio en la energía cinética.
¿Cómo calcula el trabajo hecho por fricción?
Cuando la fricción actúa frente al movimiento, use W_friction = -f_k d. El signo negativo muestra que la fricción elimina la energía mecánica del objeto en movimiento.
¿Puede el trabajo ser cero incluso cuando se aplica la fuerza?
Sí. El trabajo puede ser cero si el desplazamiento es cero o si la fuerza es perpendicular al desplazamiento. Empujar sobre una pared que no se mueve es un ejemplo común de fuerza sin trabajo mecánico.
¿Es el mismo trabajo en física y química?
La idea está relacionada, pero las fórmulas pueden diferir. La física introductoria a menudo utiliza fuerza y desplazamiento. La química suele discutir el trabajo de carga de presión para gases, como w = -P_ext Delta V, dependiendo de la convención del curso.