¿Cómo saber si el trabajo realizado por una fuerza es negativo?

Siempre que una fuerza dada y el desplazamiento producido por esa fuerza tengan un ángulo > 90 grados, se dice que el trabajo realizado es negativo. Dado que, según la definición de trabajo realizado, W = Fs = Fs cos (ángulo entre f y s), siempre que el ángulo sea > 90, cos (ángulo) es negativo y, por lo tanto, el trabajo realizado es negativo.

En cuanto a su pregunta , ¿el trabajo realizado por la fricción siempre es negativo ? Mi respuesta es no. Considere una llanta rodando, la dirección de la fricción en la llanta es la misma que la dirección del movimiento, por lo que aquí el trabajo realizado por la fricción es positivo.

¿El trabajo realizado por la gravedad siempre es negativo? La respuesta nuevamente es no, cuando un cuerpo cae, la dirección de la fuerza gravitacional y el movimiento son los mismos, por lo que el trabajo realizado es positivo.

¿El trabajo realizado por la fuerza del resorte es siempre negativo? La respuesta es nuevamente no, cuando estira/comprime un resorte, el trabajo realizado por la fuerza del resorte es negativo, pero cuando suelta el resorte estirado/comprimido, el trabajo realizado por la fuerza del resorte es positivo.

Todo lo que tiene que hacer es identificar la dirección de la fuerza que actúa y la dirección en la que se desplaza el cuerpo.

La fuerza es un vector, lo que significa magnitud y dirección. El trabajo realizado por una fuerza es relativo a la dirección de una fuerza y ​​es el valor escalar obtenido al realizar el producto escalar vectorial de la fuerza y ​​el desplazamiento (que también es un vector). Si algo no sale como espera cuando calcula el trabajo, asegúrese de tener la magnitud y la dirección correctas para todo. La dirección de la fuerza no siempre es intuitiva.

En el caso de un desplazamiento que no tenga una fuerza uniforme a lo largo de su longitud, habría que utilizar el cálculo integral para calcular el trabajo escalar realizado por dicha fuerza.

La razón por la que el trabajo puede ser negativo es porque es posible que algo se mueva en contra de una de las fuerzas que se ejercen sobre él (porque otra fuerza lo dominó o porque ya se estaba moviendo de tal manera que la fuerza no tuvo la oportunidad de dominarlo). él). De hecho, el trabajo puede ser negativo, positivo o$0$. Si tiene (2) personas jugando tira y afloja, el equipo perdedor realizó un trabajo negativo mientras que el equipo ganador realizó un trabajo positivo a lo largo del eje de la cuerda. Si esas personas no cambiaron su elevación en relación con el centro de masa de la tierra, la gravedad ejercida por el centro de masa para realizar$0$trabajar mientras jugaban, incluso si estaban temporalmente excavados en el suelo (teniendo un desplazamiento neto de$0$da como resultado una red de$0$- aunque haya tenido temporalmente algún desplazamiento).

Probablemente podría ver el trabajo como "cuando llegó el momento de empujar, ¿qué tan efectiva fue la fuerza en el desplazamiento"?

Suponiendo un medio estacionario en relación con un observador externo, si se está deslizando (en relación con el medio/observador estacionario) a lo largo de algún eje +x, entonces cualquier fricción que experimente lo aceleraría en la dirección opuesta, entonces la fuerza que ofrece la fricción sería a lo largo del eje -x. La fricción solo actuaría sobre algo que se mueve para acelerarlo en la dirección opuesta a su velocidad actual (que es un vector, porque la velocidad es velocidad y dirección), por lo que la fricción, desde su perspectiva, siempre tiene un desplazamiento negativo sobre el que trabaja, por lo que el trabajo la fricción es siempre negativa.

Si algo ya se está moviendo muy rápido, también es posible que todas las fuerzas realicen un trabajo negativo (en un modelo simplificado donde tiene una dirección tal que ninguna fuerza actúa positivamente en ella). La fuerza tiene algo que decir sobre el cambio de cantidad de movimiento una vez que comienza a actuar sobre algo, pero no tiene nada que decir sobre cuál era la cantidad de movimiento antes de que actuara sobre él, y por esa razón el trabajo realizado por esa fuerza puede ser$0$, negativo o positivo (en oposición al cambio neto en el momento que está en la misma dirección que la fuerza neta). Por supuesto, si empezaste con$0$impulso, entonces el trabajo realizado por una fuerza neta positiva no puede ser negativo, y si hubo algún cambio en el impulso, el trabajo de esa fuerza neta será positivo.

Dado que el trabajo realizado por una fuerza$\vec F$sufriendo un desplazamiento$d\vec r$Se define como$\vec F \cdot d\vec r$cuando este producto punto es positivo, la fuerza y ​​el desplazamiento están en la misma dirección y es negativo cuando están en direcciones opuestas.

El trabajo realizado por una fuerza de fricción no siempre tiene que ser negativo.
Imagina un bloque$A$en la parte superior del bloque$B$y se aplica una fuerza para bloquear$B$para hacer que ambos bloques aumenten su velocidad en dirección horizontal.
La fuerza de fricción en el bloque$B$debido al bloque$A$ciertamente hace un trabajo negativo porque la fuerza está en la dirección opuesta al desplazamiento del bloque$B$.
Sin embargo, la fuerza de fricción en el bloque$A$debido al bloque$B$hace un trabajo positivo en el bloque$A$(aumentando su energía cinética) porque la fuerza de fricción y el desplazamiento están en la misma dirección.

Así que decida la dirección de la fuerza y ​​la dirección de su desplazamiento y la definición del trabajo realizado hará el resto.

Tiras de un resorte para extenderlo. La fuerza que ejerces sobre el resorte tiene la misma dirección que tu desplazamiento. Has hecho un trabajo positivo en el resorte.
La fuerza que el resorte ejerce sobre ti es en la dirección opuesta a su desplazamiento, por lo que el resorte ha realizado un trabajo negativo.

En física, cuando se aplica una fuerza sobre un cuerpo, la fuerza sobre el cuerpo realiza un trabajo. Es un producto escalar de la fuerza y ​​el desplazamiento que causa (digamos$d$). Entonces

$$W = F\cdot d = F d \cos (\theta)$$ dónde $\theta$es el ángulo entre los vectores fuerza y ​​desplazamiento.

Si la fuerza actúa en una dirección pero el desplazamiento es en la dirección opuesta, el ángulo entre estos 2 vectores sería de 180 grados y$\cos(180^\circ)=-1$. Por eso

$$W = F d \cos (180^\circ) = -Fd$$

Ves que el trabajo realizado es negativo. Sin embargo, si la fuerza y ​​el desplazamiento fueran ambos en la misma dirección, el ángulo habría sido cero y$\cos (0^\circ) = +1$. El trabajo realizado habría sido$W= Fd$o un valor positivo. Por lo tanto, la fuerza habría realizado un trabajo positivo.

Una forma más tangible de comprender este tema (que puede ser un poco confuso) es imaginar que la fuerza actúa en una dirección pero el desplazamiento ocurre en la dirección opuesta. Tal situación puede surgir cuando un cuerpo se mueve en cierta dirección o el desplazamiento ocurre en cierta dirección pero una fuerza viene y actúa en la dirección opuesta. La fuerza, puedes imaginar, reducirá la velocidad del cuerpo. Si esto sucede, la energía cinética (EC) del cuerpo se reducirá. Dado que hay una reducción en KE, decimos que la fuerza ha realizado un trabajo negativo.

Alternativamente, si la fuerza y ​​el desplazamiento están en la misma dirección, la fuerza debe aumentar la velocidad del cuerpo. Por lo tanto, la KE debe ser creciente. Este aumento en KE está asociado con el trabajo positivo realizado por la Fuerza

Mira este video hecho por mi para mayor claridad

¿Qué es el trabajo negativo?

Cuando el trabajo realizado es en la dirección de la fuerza$\implies \theta<90$es positivo y el trabajo realizado es negativo cuando$θ>90$. En caso de fricción, se afirma que la energía interna aumenta. Esa energía interna no es necesaria para ser energía cinética. ¡El cuerpo gana energía interna por calor!

$\theta<90 \implies \cos\theta$es positivo.$90<\theta<180\implies \cos\theta$es negativo

Es interesante saber que mientras (aplicando los frenos) para detener un vehículo en movimiento, el trabajo realizado por la fricción es positivo.