TRABAJO Y ENERGÍA

Esencialmente hay dos tipos de fuerzas. Las que se aplican sobre un objeto cambiándolo de posición. Y las que hacen que se disipe cierta cantidad de energía en forma de calor. Por ejemplo, si intentamos desplazar una caja tirando de una cuerda sobre una superficie rugosa, a consecuencia de la fricción de la caja con el suelo, surge una fuerza (de rozamiento) que se resiste, se opone a la dirección de desplazamiento, y que es proporcional al peso de la caja. Debido a esa fuerza, la superficie de contacto entre el suelo y la caja se puede llegar a calentar, lo mismo que se calientan las palmas de la mano si las frotas entre sí.

El problema de las fuerzas de rozamiento es que no dependen de la posición, sino de la dirección de desplazamiento.

En cambio para las fuerzas que dependen de la posición (de momento hemos visto que a este grupo pertenecen la fuerza gravitatoria y la eléctrica), a raíz de la definición más genérica del trabajo mecánico, podemos aplicar la regla de Barrow del cálculo integral para ver que el trabajo realizado sólo depende del valor de una función en los puntos inicial y final. Esa función debe ser tal que si la derivamos respecto de cada una de las coordenadas espaciales obtendremos la fuerza de partida en función de (x, y, z), con un signo menos delante (este signo se justificará en posts posteriores). Esa función es la energía potencial que tiene el objeto en esa posición debido a la fuerza bajo consideración.

Por otro lado sabemos que cuando una fuerza es aplicada a un objeto, éste es acelerado, y eso hace que el objeto cambie de velocidad. Sabemos que la aceleración es la derivada de la velocidad con respecto al tiempo, de la misma forma que la velocidad es la derivada de la posición con respecto al tiempo.

Pues bien, aplicando esto a la definición de trabajo mecánico, obtenemos que cualquiera que sea la fuerza aplicada a un objeto durante un desplazamiento, ésta se traduce en un cambio de velocidad, de manera que se puede relacionar el trabajo total realizado con la velocidad inicial y final. De esa relación surge el concepto de energía cinética.