Mecánica · Energía

Trabajo y Energía

Fórmulas, calculadora interactiva, ejemplos resueltos y ejercicios de nivel básico y avanzado.

¿Qué es el trabajo mecánico?

En física, "trabajo" tiene un significado preciso: es la energía que transfieres a un objeto cuando lo empujas una cierta distancia. Si empujas con mucha fuerza pero el objeto no se mueve, el trabajo es cero — por más esfuerzo que sientas.

W = F · d
W = trabajo — en Joule (J)
F = fuerza en la dirección del movimiento — en Newton (N)
d = distancia recorrida — en metros (m)
Cómo reconocer los datos en un problema La unidad delata cada dato: N (Newton) es fuerza, m es distancia. Esta fórmula vale cuando la fuerza va en la misma dirección que el movimiento — si está en diagonal, solo cuenta la parte de la fuerza que "empuja" hacia donde el objeto se mueve.

Calcula el trabajo realizado

Mira el trabajo acumularse

A medida que la caja avanza, el trabajo realizado crece — cuanto más lejos la empujas, más energía le transferiste.

d = 0.0 m W = 0.0 J
Velocidad:

Ejemplo resuelto, paso a paso

Empujas una caja con una fuerza de 15 N a lo largo de 6 metros. ¿Qué trabajo realizaste?

1Datos

  • Ffuerza (dice "N" — Newton confirma que es fuerza)15 N
  • ddistancia (dice "metros")6 m

2Fórmula utilizada

W = F · d

3Resolución

Reemplazo cada incógnita por su dato W = 15 N · 6 m
Resuelvo la ecuación W = 15×6 = 90 J
Ojo con las unidades: N × m = J (Joule) — así se define la unidad de trabajo y energía.

4Respuesta

Le transferiste W = 90 J de energía a la caja durante ese recorrido

Errores frecuentes

Confundir fuerza aplicada con fuerza en la dirección del movimiento

Si empujas en diagonal, solo cuenta la parte de la fuerza que va en la misma dirección que el desplazamiento — no toda la fuerza que haces con el cuerpo.

Pensar que "esfuerzo" es lo mismo que "trabajo"

Si empujas una pared y no se mueve, el trabajo físico es cero, aunque te hayas cansado mucho — el trabajo depende del desplazamiento, no del esfuerzo sentido.

Olvidar que el trabajo puede ser negativo

Si la fuerza va en contra del movimiento (como el rozamiento frenando), el trabajo de esa fuerza es negativo — resta energía en vez de sumarla.

Ejercicios con respuesta

  1. Empujas un mueble con 40 N a lo largo de 3 m. ¿Cuál es el trabajo realizado?
    Ver respuestaW = 40×3 = 120 J
  2. Levantas una caja aplicando 25 N durante 2 m. ¿Qué trabajo hiciste?
    Ver respuestaW = 25×2 = 50 J
  3. Empujas una pared con 200 N pero no se mueve nada. ¿Cuál es el trabajo?
    Ver respuestaW = 200×0 = 0 J (sin desplazamiento, no hay trabajo, aunque te canses)

Energía cinética, potencial y el Teorema Trabajo-Energía

La energía no aparece de la nada: el trabajo que le haces a un objeto se convierte en energía. Hay dos formas básicas: la energía por movimiento (cinética) y la energía por altura (potencial gravitatoria).

Ec = ½ · m · v²
Ep = m · g · h
Ec = energía cinética — en Joule (J)
m = masa — en kg
v = velocidad — en m/s
Ep = energía potencial — en Joule (J)
h = altura — en m (g=9.8 m/s² siempre)
Cómo reconocer los datos en un problema El Teorema Trabajo-Energía dice que el trabajo neto sobre un objeto es igual al cambio en su energía cinética: W = ΔEc. Y si no hay rozamiento, la energía total (cinética + potencial) se conserva: lo que un objeto pierde de una, lo gana de la otra — por eso al caer, la Ep se transforma en Ec.

Calcula la velocidad al caer (conservación de energía)

Ejemplo resuelto, paso a paso

Un objeto se suelta desde 20 m de altura, sin rozamiento del aire. ¿Con qué velocidad llega al piso?

1Datos

  • haltura (dice "metros")20 m
  • ggravedad (constante, siempre igual en la Tierra)9.8 m/s²

2Fórmula utilizada

Toda la energía potencial se convierte en cinética (se conserva la energía):

m·g·h = ½·m·v²

3Resolución

Simplifico la masa (aparece en los dos lados, se cancela) v² = 2·g·h
Reemplazo cada incógnita por su dato v² = 2 · 9.8 m/s² · 20 m
Resuelvo la ecuación v² = 392 → v = √392 = 19.8 m/s
Ojo con las unidades: m/s² × m = m²/s² — al sacar la raíz cuadrada, queda en m/s, la unidad correcta de velocidad.

4Respuesta

El objeto llega al piso a v = 19.8 m/s

Fíjate que la masa se cancela — por eso, sin rozamiento del aire, dos objetos de distinto peso caen a la misma velocidad.

Errores frecuentes

Olvidarse de sacar la raíz cuadrada al final

Muchas veces se calcula v² correctamente pero se da esa cifra como si fuera la velocidad — la respuesta final necesita la raíz cuadrada de ese resultado.

Pensar que un objeto más pesado cae más rápido

Sin rozamiento del aire, la masa se cancela en la fórmula — todos los objetos caen con la misma aceleración, sin importar su peso.

Usar la fórmula de conservación de energía cuando hay rozamiento

Si hay rozamiento (aire, superficie), parte de la energía se pierde como calor — la energía mecánica ya no se conserva del todo, y hace falta restar esa pérdida.

Ejercicios con respuesta

  1. Un objeto de 2 kg se mueve a 6 m/s. ¿Cuál es su energía cinética?
    Ver respuestaEc = ½×2×6² = 36 J
  2. Una caja de 5 kg está a 3 m de altura. ¿Cuál es su energía potencial?
    Ver respuestaEp = 5×9.8×3 = 147 J
  3. Un objeto cae desde 45 m sin rozamiento del aire. ¿Con qué velocidad llega al piso?
    Ver respuestav² = 2×9.8×45 = 882 → v = √882 ≈ 29.7 m/s

Preguntas frecuentes

¿Por qué "sostener" algo sin moverlo no es trabajo físico?

Porque trabajo requiere desplazamiento: W = F·d. Si d = 0, el trabajo es cero aunque hagas fuerza y te canses — el cansancio es gasto muscular, no trabajo en el sentido físico.

¿Qué significa que la energía "se conserva"?

Que la energía total de un sistema no aparece ni desaparece, solo cambia de forma. Cuando algo cae, pierde energía potencial y gana la misma cantidad de energía cinética (si no hay rozamiento que la disipe como calor).

¿Por qué la masa se cancela al calcular la velocidad de caída?

Porque tanto la energía potencial (m·g·h) como la cinética (½·m·v²) tienen la masa como factor. Al igualarlas para despejar v, la masa se simplifica de los dos lados — por eso, sin rozamiento del aire, una pluma y una piedra caerían a la misma velocidad.