Transferencia de energía por trabajo

Transferencia de energía por trabajo

En una competencia de ciclismo, los participantes inician con una cierta velocidad, cuidando que ninguno se adelante más. Cuando suena la campana, a 200 m para el término de la carrera, aumentan su velocidad y, por lo tanto, su rapidez; gana el que realizó más esfuerzo para incrementarla. En este cambio de rapidez, hay una transferencia de energía denominada trabajo.

Cuando el ciclista aumenta su velocidad, también incrementa su energía cinética. Este aumento de velocidad y de energía surge porque el deportista pedaleó más rápido y transfirió energía a la bicicleta con sus músculos. Esta transferencia energética (trabajo), se representa con la literal W. Por ejemplo, si el ciclista junto con su bicicleta tiene una masa total de 83 kg, pasa de una velocidad de 5.5 m/s a 11 m/s, al calcular la energía cinética se obtiene lo siguiente:

Para una velocidad de 5.5 m/s:

E_c = \frac{1}{2}(83 \, \text{kg})(5.5 \, \text{m/s})^2 = 1255.375 \, \text{J}

Para la de 11 m/s:

E_c = \frac{1}{2}(83 \, \text{kg})(11 \, \text{m/s})^2 = 5021.5 \, \text{J}

Como se puede apreciar, la energía cinética aumentó cuatro veces y esto es razonable porque la velocidad se elevó al cuadrado.

Ahora bien, para calcular el trabajo realizado al aumentar la energía cinética, se obtiene la diferencia que existe entre la energía cinética final (E_{c_f}) y la energía cinética inicial (E_{c_i}):

W = (E_{c_f} - E_{c_i})

Por tanto, el trabajo realizado por el ciclista durante su recorrido es la diferencia de la energía cinética final menos la inicial:

W = 5021.5 \, \text{J} - 1255.375 \, \text{J} = 3766.125 \, \text{J}

Si el trabajo es el cambio de energía, medido en Joules, entonces sus unidades también serán en Joules (J).

El proceso mediante el cual un objeto o sistema transfiere energía a otro, recibe el nombre de trabajo, que es la diferencia de la energía cinética final menos la inicial de un objeto o sistema.