Mecánica: ¿qué significa realmente el trabajo realizado contra resistencia?

Tomemos el ejemplo de empujar una caja en el suelo. Hay dos fuerzas de fricción que superar, la fricción estática (que no implica trabajo) y la fricción cinética (que sí implica trabajo).

Cuando inicialmente intenta empujar la caja, no se mueve hasta que la fuerza que aplica excede la fuerza de fricción estática máxima que se opone a su fuerza aplicada. La fuerza de fricción estática máxima es

$$F_{s-max}=\mu_{s}mg$$

Dónde$\mu_{s}$es el coeficiente de fricción estática.

En ese momento, la caja se libera y comienza a deslizarse. Ahora la fuerza que se te opone es la fuerza de fricción cinética, que es

$$F_{k}=\mu_{k}mg$$

Dónde$\mu_{k}$es el coeficiente de fricción cinética. Generalmente, el coeficiente de fricción cinética es menor que el coeficiente de fricción estática, por lo que la fuerza que necesitas aplicar para mantener la caja en movimiento es menor que la fuerza que necesitas aplicar para que empiece a moverse.

Ahora bien, pueden pasar dos cosas.

Dado que la fuerza de fricción cinética es menor que la fuerza de fricción estática, si continúa aplicando la fuerza que comenzó a hacer que la caja se deslizara, será mayor que la fuerza de fricción cinética, por lo que la fuerza neta hará que la caja se acelere. Por otro lado, si reduce su fuerza para que sea exactamente igual a la fuerza de fricción cinética, o

$$F_{applied}=\mu_{k}mg$$

entonces la fuerza neta será cero y la caja se deslizará a velocidad constante. Ahora el trabajo que haces deslizando la caja, digamos una distancia$d$, será

$$W_{you}=F_{applied}d$$

Al mismo tiempo, la fricción realiza la misma cantidad de trabajo negativo (porque su fuerza es opuesta al desplazamiento de la caja), o

$$W_{friction}=-\mu_{k}mgd$$

para un trabajo neto total de

$$F_{applied}-\mu_{k}mgd=0$$

El resultado final es que la fricción toma el trabajo que haces y se disipa como calor en las superficies deslizantes.

Espero que esto ayude.