Energía y Trabajo en Colombia: La Física que Mueve tu Día | ORBITECH

¿Qué es el trabajo en física? ¡No es lo que crees!

El trabajo en física NO es solo esfuerzo o cansancio, sino energía transferida cuando una fuerza mueve un objeto.
Trabajo $W$ se calcula como $W = \vec{F} \cdot \vec{d} = F \cdot d \cdot \cos θ$ donde $θ$ es el ángulo entre fuerza y desplazamiento. $W = F \cdot d \cdot \cos θ$
Si empujas una pared y no se mueve, ¡el trabajo es cero aunque te canses!
Trabajo positivo: fuerza y desplazamiento van en la misma dirección (ej: bajar una maleta en el TransMilenio).
Piensa en el ascensor de la Torre Colpatria: sube y baja, pero el trabajo de la gravedad cambia de signo
Trabajo negativo: fuerza y desplazamiento van en dirección opuesta (ej: frenar una bicicleta en la Ciclovía de Bogotá).
Frena fuerte en una pendiente y sientes el trabajo negativo de la fricción en tus manos
La unidad de trabajo es el julio (J), que equivale a newton por metro (N·m). $1 J = 1 N \cdot 1 m$
Un julio es el trabajo para levantar una manzana de 100 g a 1 m de altura

W = F \cdot d \cdot \cos θ

La energía es la capacidad de hacer trabajo y se mide en julios (J), igual que el trabajo.
Sin energía no hay vida, ni transporte, ni luz en tu casa
Energía cinética ( $E_{c}$ ): energía del movimiento. Depende de la masa y la velocidad al cuadrado. $E_{c} = \frac{1}{2} m v^{2}$
Un bus escalera en Medellín a 60 km/h tiene mucha más energía cinética que un ciclista
Energía potencial gravitatoria ( $E_{p}$ ): energía por posición en un campo gravitatorio. Depende de masa, gravedad y altura. $E_{p} = m \cdot g \cdot h$
En el teleférico de Medellín, cuando subes pierdes energía potencial gravitatoria
Energía potencial elástica: energía almacenada en resortes o materiales elásticos (ej: amortiguadores de un bus de servicio público). $E_{p} = \frac{1}{2} k x^{2}$
Los amortiguadores de un bus de Barranquilla almacenan energía al comprimirse
La energía total se conserva (principio de conservación de la energía), pero puede transformarse de un tipo a otro.
En el tobogán del Parque Simón Bolívar, tu energía potencial se convierte en cinética al bajar

E_{c} = \frac{1}{2} m v^{2} y E_{p} = m g h

El teorema trabajo-energía dice que el trabajo neto realizado sobre un objeto es igual a su cambio de energía cinética. $W_{n e t o} = Δ E_{c} = E_{c, f} - E_{c, i}$
Si aceleras tu moto en la Autopista Norte de Bogotá, el trabajo de tu motor aumenta tu energía cinética
Este teorema conecta directamente el trabajo con los cambios de velocidad, clave para problemas del ICFES.
En un choque en la Calle 80 de Bogotá, el trabajo de los frenos reduce tu energía cinética a cero
Si solo actúa la gravedad, el trabajo realizado por ella es igual a la disminución de energía potencial gravitatoria. $W_{g} = - Δ E_{p} = m g (h_{i} - h_{f})$
Cuando saltas en Caño Cristales, la gravedad hace trabajo positivo y tu energía potencial disminuye
En ausencia de rozamiento, la energía mecánica total (cinética + potencial) se conserva. $E_{m e c} = E_{c} + E_{p} = constante$
En un péndulo como el del Reloj Floral de Medellín, la energía se transforma pero no se pierde

W_{n e t o} = Δ E_{c} = \frac{1}{2} m (v_{f}^{2} - v_{i}^{2})

La potencia mide qué tan rápido se realiza trabajo o se transforma energía. Se mide en vatios (W). $P = \frac{W}{t} o P = F \cdot v$
Un bombillo de 100 W gasta más energía que uno de 60 W en la misma hora
La potencia también depende de la velocidad: a mayor velocidad, mayor potencia para la misma fuerza (ej: subir una cuesta en moto). $P = F \cdot v$
En la subida a Monserrate, tu cuerpo gasta más potencia que en la bajada
1 caballo de fuerza (HP) equivale a 746 W, una unidad usada en motores de carros y motos en Colombia. $1 HP = 746 W$
La moto más vendida en Colombia, la Honda CB125F, tiene unos 14 HP
La eficiencia de una máquina es la relación entre la potencia útil y la potencia total consumida. $η = \frac{P_{u t i l e}}{P_{t o t a l}} \times 100 %$
Un motor viejo de bus escalera pierde eficiencia por el desgaste

P = \frac{W}{t} = F \cdot v

Confundir trabajo con fuerza: recuerda que el trabajo depende del desplazamiento, no solo de la fuerza aplicada.
Empujar un carro sin moverlo no hace trabajo, aunque sientas el esfuerzo
Olvidar convertir unidades: siempre usa metros, segundos y newtons para obtener julios.
Si tu masa está en kg y la altura en cm, ¡convierte a metros antes de calcular!
Ignorar el ángulo en $W = F d \cos θ$ : si la fuerza no es paralela al desplazamiento, el trabajo disminuye.
Empujar un carrito de mercado en ángulo reduce el trabajo útil comparado con empujarlo recto
No considerar el signo del trabajo: positivo si la fuerza ayuda al movimiento, negativo si lo frena.
En un frenado en la Autopista Sur, el trabajo de los frenos es negativo
Olvidar la conservación de la energía: en problemas sin rozamiento, la energía mecánica total no cambia.
En el tobogán del Parque El Poblado, si no hay fricción, tu energía al final es igual a la inicial

Un ciclista de 70 kg sube una cuesta de 50 m de altura en Medellín. ¿Cuál es el trabajo realizado por la gravedad? Usa $g = 9.8 {m/s}^{2}$ . $W_{g} = - m g h = - 70 \times 9.8 \times 50$
La gravedad hace trabajo negativo porque va en contra del movimiento
Si el ciclista parte del reposo y alcanza 10 m/s al final de la subida, calcula su energía cinética final. $E_{c} = \frac{1}{2} m v^{2} = \frac{1}{2} \times 70 \times 10^{2}$
La energía cinética depende del cuadrado de la velocidad, ¡cuidado con los ceros!
¿Cuál es la potencia media si el ciclista tarda 2 minutos en subir? Expresa en vatios y en HP. $P = \frac{W_{n e t o}}{t} = \frac{Δ E_{c}}{t} = \frac{E_{c, f} - 0}{120 s}$
Convierte minutos a segundos antes de calcular

W_{g} = - m g h y E_{c} = \frac{1}{2} m v^{2}

La energía cinética depende del cuadrado de la velocidad: Si duplicas la velocidad, la energía cinética se cuadruplica. ¡Por eso los accidentes a alta velocidad son tan peligrosos!
El julio (J) es la unidad de energía y trabajo: Equivale a levantar una manzana de 100 g a 1 metro de altura en la Tierra
La potencia de un motor se mide en caballos de fuerza (HP): 1 HP = 746 W. La moto más vendida en Colombia tiene unos 14 HP
El teorema trabajo-energía es clave para el ICFES: Conecta el trabajo neto con el cambio de velocidad en problemas de cinemática
En Caño Cristales, la energía potencial gravitatoria se convierte en cinética al bajar: Los rápidos del río son un ejemplo natural de conservación de la energía mecánica