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Trabajo y potencia de una fuerza: W = F × d y P = W / t

Calcula el trabajo de una fuerza en un desplazamiento, con cualquier ángulo, y la potencia desarrollada según el tiempo, en julios, vatios y caballos de vapor.

Actualizado el
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°

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s

Valor fuera de rango

Resultados

Trabajo

2000 J

Potencia

100,0 W

En kilocalorías
0,478 kcal
En caballos de vapor
0,136 CV

Trabajo en sentido físico

En el lenguaje cotidiano, “trabajo” es cualquier esfuerzo. En física es algo más preciso: una fuerza realiza trabajo cuando desplaza su punto de aplicación en la dirección de la fuerza. Es la forma de medir la energía que una fuerza transfiere a un objeto. La potencia indica lo rápido que se hace ese trabajo.

Las fórmulas

Trabajo: W = F × d × cos α (julios)

Potencia: P = W ÷ t (vatios)

  • F: fuerza en newtons.
  • d: desplazamiento en metros.
  • α: ángulo entre la fuerza y el desplazamiento.
  • t: tiempo en segundos.

Ejemplo resuelto

Empujas un carro con una fuerza de 200 N a lo largo de 10 m, en la misma dirección del movimiento, durante 20 s:

  • Trabajo: 200 × 10 × cos 0° = 2000 J, unas 0,48 kcal.
  • Potencia: 2000 ÷ 20 = 100 W.
  • En caballos de vapor: 0,136 CV.

El papel del ángulo

Ángulo cos α Trabajo
0° 1 Máximo: fuerza y movimiento en la misma dirección
30° 0,87 87 % del máximo
60° 0,5 La mitad
90° 0 Nulo: la fuerza es perpendicular
180° −1 Negativo: la fuerza frena, como el rozamiento

Si arrastras una maleta tirando del asa inclinada, solo la parte horizontal de la fuerza hace trabajo útil.

Ejemplos de potencia

Situación Potencia aproximada
Persona subiendo escaleras a buen ritmo 200 a 400 W
Ciclista aficionado en llano 100 a 200 W
Ciclista profesional en un puerto 400 a 450 W durante 20 minutos
Taladro 500 a 800 W
Coche utilitario 50 a 100 kW (70 a 135 CV)

Unidades

  • Julio (J): 1 newton a lo largo de 1 metro.
  • Kilocaloría (kcal): 4184 J. Las kilocalorías de los alimentos son las mismas.
  • Kilovatio hora (kWh): 3,6 millones de julios, la unidad de la factura de la luz.
  • Vatio (W): 1 julio por segundo.
  • Caballo de vapor (CV): unos 735,5 W, el que aparece en las fichas de los coches en España.
  • Horsepower (hp): unos 745,7 W, el anglosajón.

El caballo fiscal (CVF) es distinto: es una unidad administrativa que se calcula a partir de la cilindrada y sirve para el impuesto de vehículos de tracción mecánica.

Trabajo sin movimiento

Sostener una bolsa pesada sin moverla cansa, pero la fuerza no hace trabajo sobre la bolsa: no hay desplazamiento. Los músculos sí gastan energía, porque sus fibras se contraen y relajan continuamente para mantener la postura. Lo mismo pasa al llevar una caja en horizontal: la fuerza que la sostiene es vertical y el desplazamiento horizontal.

El rendimiento

Ninguna máquina convierte toda la energía en trabajo útil. Un motor eléctrico tiene un rendimiento del 85 al 95 %; un motor de gasolina, de un 25 a un 35 %; el cuerpo humano, de un 20 a un 25 %. El resto se pierde como calor.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la fórmula del trabajo de una fuerza?

W = F × d × cos α, con F la fuerza, d el desplazamiento y α el ángulo entre ambos. El trabajo se mide en julios: 1 J es 1 newton a lo largo de 1 metro.

¿Qué diferencia hay entre trabajo y potencia?

El trabajo es la energía transferida; la potencia es la rapidez con que se transfiere. P = W ÷ t, en vatios, y 1 W es 1 julio por segundo.

¿Cuántos vatios tiene un caballo de vapor?

El caballo de vapor (CV) que se usa en Europa equivale a unos 735,5 W, y el horsepower anglosajón (hp), a unos 745,7 W. Los caballos fiscales del impuesto de circulación son otra unidad, administrativa.

¿Llevar una caja de un lado a otro de la habitación es trabajo?

En sentido físico, casi nada sobre la caja: la fuerza que la sostiene es vertical y el desplazamiento horizontal, así que cos 90° = 0. Tus músculos gastan energía, pero no hacen trabajo mecánico sobre la caja.

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Resultados orientativos con fines informativos. No sustituyen el consejo de un profesional.