Trabajo
En física, se realiza trabajo cuando una fuerza mueve un objeto a través de una distancia en la dirección de la fuerza (W = Fd), medido en joules.
Formula
W = Fd
Definition
En ciencia, el trabajo ocurre cuando un empujón o un jalón hace que algo se mueva; si empujas y nada se mueve, no se realiza trabajo, sin importar qué tan cansado te pongas. Se realiza trabajo cuando una fuerza causa un desplazamiento en la dirección de la fuerza, $W = Fd$, con $F$ en newtons y $d$ en metros, medido en joules ($1\ \text{J} = 1\ \text{N}\cdot\text{m}$); el trabajo transfiere energía, así que realizar trabajo sobre un objeto aumenta su energía en esa cantidad, y una fuerza perpendicular al movimiento no realiza trabajo. En general, el trabajo es el producto escalar $W = \vec{F}\cdot\vec{d} = Fd\cos\theta$, donde $\theta$ es el ángulo entre la fuerza y el desplazamiento, y para una fuerza variable $W = \int \vec{F}\cdot d\vec{r}$, el área bajo una gráfica de fuerza contra posición. El teorema del trabajo y la energía establece $W_{\text{net}} = \Delta K$. El trabajo puede ser negativo cuando una fuerza se opone al movimiento, como la fricción, y el trabajo realizado por una fuerza conservativa es igual a $-\Delta U$.
Example
Levantar una mochila hasta tu hombro es trabajo, porque aplicaste una fuerza y la mochila se movió hacia arriba; sostenerla quieta sobre tu hombro no es trabajo, aunque se sienta pesado. Un estudiante que empuja un escritorio con $40\ \text{N}$ a través de $3\ \text{m}$ de piso realiza $W = 40 \times 3 = 120\ \text{J}$, y levantar una caja de $5\ \text{kg}$ $2\ \text{m}$ requiere $W = mgh = 5 \times 9.8 \times 2 = 98\ \text{J}$. Con una fuerza en ángulo, un trineo de $20\ \text{kg}$ jalado $10\ \text{m}$ por una cuerda de $50\ \text{N}$ a $30^\circ$ sobre la horizontal mientras la fricción ejerce $15\ \text{N}$ recibe un trabajo de la cuerda de $50 \times 10 \times \cos 30^\circ \approx 433\ \text{J}$ y un trabajo de fricción de $-150\ \text{J}$. El trabajo neto es de unos $283\ \text{J}$, así que el trineo gana $283\ \text{J}$ de energía cinética.
Key Insight
El trabajo necesita movimiento en la misma dirección que la fuerza. Cargar una caja a través de una habitación no realiza trabajo sobre la caja, porque la fuerza hacia arriba de tus brazos es perpendicular al movimiento. Las máquinas simples tampoco reducen el trabajo: una rampa te permite usar menos fuerza, pero a lo largo de una distancia mayor, así que el producto $Fd$ resulta igual. La fuerza centrípeta es el caso extremo, pues realiza trabajo cero porque siempre es perpendicular a la velocidad. Por eso un satélite en órbita circular mantiene una rapidez constante para siempre sin ninguna entrada de energía.