Calculadora de trabajo (física)
Calcula el trabajo mecánico realizado por una fuerza, W = F × d × cos θ, o resuelve la misma ecuación para la fuerza, la distancia o el ángulo. Usa newtons, libras-fuerza, metros o pies y obtén el resultado en julios, kWh, pies-libra y más.
Última actualización:
0° = fuerza en la dirección del movimiento, 90° = perpendicular (sin trabajo)
Añade la potencia media P = W ÷ t
Cómo usar Calculadora de trabajo (física)
- Elige qué quieres calcular: trabajo, fuerza, distancia o ángulo.
- Introduce los valores conocidos y elige sus unidades.
- Indica el ángulo entre la fuerza y la dirección del movimiento (0° si apuntan en la misma dirección).
- Opcionalmente, añade un tiempo para obtener también la potencia media.
- Lee el resultado en varias unidades de energía, con el desarrollo y una tabla del trabajo con otros ángulos.
La fórmula del trabajo
En física, el trabajo es la energía transferida cuando una fuerza mueve un objeto. Para una fuerza constante, el trabajo es
W = F × d × cos θ
donde F es la magnitud de la fuerza, d la distancia recorrida (desplazamiento) y θ el ángulo entre la fuerza y la dirección del movimiento. Solo la componente de la fuerza en la dirección del movimiento, F cos θ, realiza trabajo. Despejando, la misma ecuación da F = W ÷ (d cos θ), d = W ÷ (F cos θ) y θ = arccos(W ÷ (F d)).
- θ = 0°: fuerza en la dirección del movimiento, W = F × d (trabajo positivo máximo).
- θ = 90°: fuerza perpendicular al movimiento, W = 0.
- θ = 180°: fuerza opuesta al movimiento (fricción, frenado), W = −F × d.
Ejemplo resuelto: tirar de un trineo 25 m con una cuerda de 80 N a 30° sobre el suelo da W = 80 × 25 × cos 30° = 80 × 25 × 0.8660 ≈ 1,732 J.
Conversiones de unidades de energía
| Unidad | En julios | Notas |
|---|---|---|
| 1 julio (J) | 1 J | = 1 N·m = 1 W·s |
| 1 kilojulio (kJ) | 1,000 J | |
| 1 pie-libra (ft-lb) | 1.355818 J | 1 lbf desplazada 1 ft |
| 1 caloría (cal) | 4.184 J | caloría termoquímica |
| 1 kilocaloría (kcal) | 4,184 J | la "Caloría" de las etiquetas de alimentos |
| 1 BTU | 1,055.06 J | BTU de la Tabla Internacional |
| 1 vatio-hora (Wh) | 3,600 J | |
| 1 kilovatio-hora (kWh) | 3,600,000 J | unidad de las facturas de electricidad |
Conversiones de fuerza usadas: 1 lbf = 4.448222 N, 1 kgf = 9.80665 N, 1 kN = 1,000 N.
Trabajo, energía y potencia
El teorema del trabajo y la energía dice que el trabajo neto realizado sobre un objeto es igual a su variación de energía cinética, Wneto = ΔEC. El trabajo realizado contra la gravedad se almacena como energía potencial, W = m g h. La potencia es la rapidez con que se realiza trabajo, P = W ÷ t, medida en vatios (1 W = 1 J/s); un caballo de fuerza mecánico equivale a unos 745.7 W.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la fórmula del trabajo?
El trabajo realizado por una fuerza constante es W = F × d × cos θ, donde F es la fuerza, d es el desplazamiento y θ es el ángulo entre la fuerza y la dirección del movimiento. Cuando la fuerza apunta en la dirección del movimiento (θ = 0°), cos θ = 1 y W = F × d.
¿Cuál es la unidad del trabajo?
La unidad del trabajo en el SI es el julio (J). Un julio es el trabajo realizado por una fuerza de un newton que desplaza su punto de aplicación un metro: 1 J = 1 N·m. En las unidades habituales de EE. UU., el trabajo suele expresarse en pies-libra (1 ft-lb ≈ 1.3558 J).
¿Por qué importa el ángulo?
Solo la parte de la fuerza que apunta en la dirección del movimiento realiza trabajo. Esa componente es F × cos θ. A 90° (una fuerza perpendicular al movimiento, como llevar una bolsa horizontalmente a altura constante) cos θ = 0, así que la fuerza no realiza trabajo.
¿Puede el trabajo ser negativo?
Sí. Si el ángulo está entre 90° y 180°, la fuerza se opone al movimiento y el trabajo es negativo, es decir, quita energía al objeto. Las fuerzas de fricción y de frenado realizan trabajo negativo.
¿Cómo convierto julios a kWh?
Divide entre 3,600,000, porque 1 kWh = 1,000 W × 3,600 s = 3.6 millones de julios. Por ejemplo, levantar 100 kg a 10 m requiere unos 9,807 J, que son solo 0.0027 kWh.
¿Cuál es la diferencia entre trabajo y potencia?
El trabajo es la energía transferida (julios); la potencia es la rapidez con que se transfiere (vatios = julios por segundo). Realizar 1,000 J de trabajo en 2 segundos supone una potencia media de 500 W. Introduce un tiempo en la calculadora para ver la potencia.
¿Cuánto trabajo se realiza al levantar un objeto?
Levantar a velocidad constante requiere una fuerza igual al peso, F = m × g, así que el trabajo es W = m × g × h. Levantar 20 kg a 1.5 m requiere 20 × 9.80665 × 1.5 ≈ 294 J.
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