Intuitivamente, ¿cómo puede el trabajo realizado sobre un objeto ser igual a cero?

Question

A mi entender el trabajo realizado sobre un objeto se define matemáticamente como: $$W = \vec{F}\cdot\vec{S}=|\vec{F}||\vec{S}|cos\theta$$ Esto, entiendo. Mi problema es que no entiendo que si el ángulo de $\theta$ es de 90 grados, ¿cómo puede el trabajo realizado por $\vec{F}$ sobre el objeto es cero. Por ejemplo, supongamos que tenemos una partícula y la dirección del desplazamiento es directamente a la derecha, y también tiene un vector de fuerza que actúa sobre la partícula que es hacia arriba(como la fuerza normal en una caja que está de pie sobre una superficie plana). ¿Cómo es posible que el vector de fuerza no está haciendo el trabajo? Debe la partícula no tome una ruta diferente debido a que el vector de fuerza que actúa hacia arriba sobre la partícula, como si se agregan los vectores juntos?

Tiene que haber algo mal con mi razonamiento, pero, ¿qué es?

Answer 1

Porque no es cualquier trabajo, pero el trabajo realizado por una fuerza que produce un desplazamiento.

En la situación que usted describe, de alguna manera, que la fuerza no está haciendo ningún trabajo sobre la partícula. Esto podría ser debido a que la partícula está restringido por otra fuerza para no ir perpendicular y, a continuación, la suma de fuerzas en la dirección perpendicular es igual a cero.

En el segundo escenario, con la caja y la fuerza normal, es el mismo. Que la fuerza no hacer ningún trabajo, ya que en la dirección de la fuerza es cero movimiento. Que es análogo a decir que el coseno del ángulo entre el desplazamiento y la fuerza es de 90°.

Answer 2

Me gusta pensar que en el contexto de la Fuerza de Lorentz, es decir, la fuerza sobre una partícula cargada por un eléctrico y un campo magnético. La primera vez que compruebe por sí mismo que la fuerza magnética no realiza trabajo, es desconcertante.

$$\vec F = \vec F_{electric} + \vec F_{magnetic} = (q\vec E) + (q\vec v \times \vec B) $$

La fuerza debido al campo eléctrico $q\vec E$ es fácil de entender. Pero, puesto que el resultado de la cruz del producto $q\vec v \times \vec B$ es siempre perpendicular a la velocidad de la $\vec v$, entonces la fuerza debido al campo magnético que hace cero el trabajo (el desplazamiento instantáneo $d \vec r$ es paralelo a $\vec v$, por lo $dW = \vec F_{magnetic} d \vec r = 0$).

Una buena manera para que los estudiantes a comprender intuitivamente esto, consiste en el pensamiento de la partícula cargada como un coche. Entonces, la fuerza eléctrica es el resultado del empuje debido a que el motor y la fuerza magnética es simplemente el resultado de que el conductor en el interior del coche sin esfuerzo para girar el volante. Que puede dar un poco de intuición acerca de él, especialmente si usted se considera un vehículo con tracción trasera.

No importa lo pesado que un coche o un camión puede ser, es casi sin esfuerzo para una anciana para girar el volante a la derecha o a la izquierda, y todo el vehículo va a cambiar su trayectoria. El trabajo es realizado por el motor de gasolina de empujar hacia adelante. Girar el volante es muy sencilla, pero tiene un profundo impacto en la trayectoria del vehículo (la dirección electromecánicos impulsar el mecanismo no sólo para contrarrestar la fricción interna de las fuerzas).

¿Cómo se puede fácilmente cambiar la trayectoria de un pesado camión? Debido a que la reacción en el se volvió de ruedas resultados en una fuerza que es perpendicular al movimiento del vehículo, por lo que hace cero el trabajo: es fácil para el conductor. Esto es más fácil de entender, como se dijo, si usted piensa en un tracción trasera del coche, de modo que las ruedas delanteras desempeñar un papel pasivo en el "push" realizado por el motor.

Answer 3

Cuando dices "trabajo hecho", quieres decir "trabajo hecho por una fuerza" . En ciencia, independientemente de la cantidad de fuerza que apliques, si no produces un desplazamiento, no estás haciendo ningún trabajo.

Consideremos ahora una fuerza que actúa sobre un objeto, pero el objeto se mueve en una dirección perpendicular a la fuerza. Puede decir con seguridad que la fuerza no es la causa del movimiento del objeto. Esto significa que el trabajo realizado por la fuerza que está mirando es cero.

Answer 4

La partícula tomará la ruta diferente - si el ángulo$\theta$ es siempre 90 grados y la fuerza tiene siempre el mismo valor absoluto la partícula se moverá en un círculo.

Esto sucede a las partículas cargadas que se mueven en un campo magnético.

La dirección del movimiento cambiará pero el valor absoluto de la velocidad será siempre el mismo.

Answer 5

Simplemente no puedes añadirlas así. Ellos, después de todo,diferentes cantidades físicas. Se puede decir que la fuerza hacia arriba es suficiente para cambiar la partícula de la ruta, pero tiene su mg, ¿verdad? Otro "intuitivo" ejemplo es el que dio-una caja en el suelo. No salta? :-)

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Otra cosa, si por cualquier fuerza, el desplazamiento se produce, que no es perpendicular, se realiza el trabajo. En lo que dijo, le acaba de decir la partícula cambia su camino, entonces el TRABAJO SE REALIZA debido a los cambios de ángulo y de forma intuitiva, porque la fuerza que provoca el desplazamiento. En cualquier ejemplo que voy a venir a través de trabajo de cero, pero la fuerza causando el desplazamiento, el desplazamiento es siempre perpendicular a la fuerza. (E. g. la fuerza centrípeta).

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Por favor responder, porque creo que he explicado lo suficientemente bien.