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Potencia: concepto y unidades. Energía: concepto y unidades. Formas de la energía.


 

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POTENCIA

Definición

Cuando dos personas efectúan el mismo trabajo, pero una lo hace en menos tiempo que la otra, es decir, cuando comparamos el trabajo en relación con el tiempo empleado (fig. 11), estamos frente a un nuevo concepto, que llamamos potencia y que se define así:

Potencia es el trabajo realizado en la unidad de tiempo; o sea, es el cociente entre el trabajo realizado y el tiempo empleado en realizarlo.

Figura 11. Trabajo realizado en la unidad de tiempo. El trabajo realizado para subir es el mismo, pero el joven lo hace en menos tiempo que el anciano, pues tiene más potencia.

En símbolos,

Ejemplo. Una grúa levanta un cuerpo de 1 000 kg hasta 5 m de altura en 5 seg. Otra, eleva el mismo peso hasta igual altura en 45 seg. ¿Cuál de ellas tiene mayor potencia?

La potencia de la primera es mayor que la de la segunda, pues realiza el mismo trabajo en menor tiempo.

La potencia de una máquina es el trabajo que puede desarrollar  en un segundo.

Unidades de potencia

En el sistema cgs

Como

En el sistema MKS

Como

Vatio o watt es la unidad de potencia en el sistema MKS; o sea, se desarrolla una potencia de un vatio al efectuar el trabajo de un joule en el tiempo de un segundo.

Kilovatio es un múltiplo del vatio y equivale a mil vatios.

EN EL SISTEMA PRÁCTICO

Si el trabajo es de 75 kgm, resulta

Caballo vapor es la potencia realizada al efectuar un trabajo de setenta y cinco kilográmetros en el tiempo de un segundo.

 

Relación entre las unidades de potencia

 

Sabemos que

es decir que la potencia de 1 CV equivale a 735 w ó 0,735 kw.

Podríamos también expresar la potencia como el producto de la fuerza por la velocidad.

En efecto,

Esta expresión nos demuestra por qué, al subir una pendiente, el motor de un vehículo disminuye su velocidad para aumentar su fuerza.

Hay motores de la misma potencia con distinto número de revoluciones, pues unos sirven para máquinas donde la fuerza por realizar es poca y necesitan mucha velocidad, y otros que se aplican a máquinas que necesitan más fuerza que velocidad.

Ejemplos. Un torno: el motor debe realizar más fuerza que velocidad; un lavarropas: el motor debe tener más velocidad que fuerza.

En ambos casos, el motor puede tener la misma potencia, variando sólo el número de revoluciones por minuto (rpm).

Muchas veces hemos escuchado hablar de kilovatios-hora; en general, al hablar del pago de facturas de electricidad, aunque no es una unidad de electricidad.

Sabemos que

El vatio es el trabajo de 10 millones de ergios por segundo. (Luego, es un julio por segundo), y su múltiplo, el kilovatio.

El kilovatio-hora

El kilovatio-hora es una unidad de trabajo y equivale a tres millones seiscientos mil joules.

CUADRO DE UNIDADES DE POTENCIA

ENERGíA

Formas de energía

Energía es la mayor o menor capacidad de trabajo que tiene un cuerpo o sistema de cuerpos. O, de otra manera, la energía es el poder que tiene un cuerpo de efectuar un trabajo.

En el caso de los levantadores de pesas, posee más energía aquel que es capaz de levantar 200 kg hasta 2 m que el que sólo levanta 100 kg hasta 2m (fig. 12).

Figura 12. Levantador de pesas

Una grúa que es capaz de levantar 2 ton hasta 3 m posee más energía que otra que puede levantar 1 ton hasta 3 m.

A continuación distinguiremos distintos tipos de energía.

ENERGÍA QUÍMICA. Es la onglnada por las transformaciones y reacciones químicas. La batería de los automóviles transforma energía química en energía eléctrica y permite poner en marcha el motor.

ENERGÍA ELÉCTRICA. Es la que tiene almacenada una pila o batería. La corriente eléctrica hace mover un ascensor o un tren; por lo tanto, existe una energía eléctrica.

ENERGÍA CALORÍFICA. Es la que se origina por el trabajo o procesos de rozamientos (al golpear un clavo con un martillo, se calientan objetos; al afilar un cuchillo con piedras de afilar, se produce calor y saltan chispas).

ENERGÍA ATÓMICA. Es la liberada en el proceso de la desintegración atómica (recordemos el submarino atómico).

ENERGÍA ACTUAL O CINÉTICA. Es la que se origina por el estado de movimiento de un cuerpo.

ENERGÍA POTENCIAL. Es la que posee el cuerpo en potencia, por su estado de reposo o posición.

En estas páginas sólo estudiaremos las dos últimas: energía cinética y energía potencial.

Energía cinética

Un martillo, al golpear sobre un clavo, efectúa un trabajo (introduce el clavo).

Un automóvil, al chocar contra una pared, realiza un trabajo (rompe la pared).

En ambos casos, el trabajo realizado es tanto mayor cuanto mayor es la velocidad de los mismos.

Por eso, la definimos así:

Energía cinética es la energía que tiene un cuerpo o sistema de cuerpos, debido a su estado de movimiento.

 

Se puede demostrar que la energía cinética es directamente proporcional a la masa y al cuadrado de la velocidad del cuerpo.

En símbolos,

La energía actual es la energía de un cuerpo en movimiento. Ej.: un tren en marcha que puede derribar una pared; una maza que cae y puede hundir una estaca; una bala que silba y puede perforar una tabla.

Figura 13. La energía cinética es proporcional a la masa del cuerpo

Esta expresión nos indica que a doble masa, doble energía cinética; a triple masa, triple energía cinética, a cuádruple masa, cuádruple energía cinética (fig. 13); y que si la velocidad es :

v1 = 1 m/seg,

la energía cinética será 1; si es

v2 = 2 m/seg,

la energía cinética será cuatro veces mayor; si es

v3 = 3 m/seg,

la energía cinética será nueve veces mayor (fig. 14).

Figura 14. La energía cinética es proporcional al cuadrado de la velocidad

  • La energía actual aumenta: 1º, cuando crece la velocidad;  2º, cuando el cuerpo absorbe  trabajo: si un obrero empuja un vagón, éste aumenta de  velocidad porque absorbe el trabajo del obrero.
  • La energía  actual disminuye: cuando el cuerpo produce trabajo, lo que disminuye la velocidad; así sucede cuando una bala atraviesa un trozo de madera.

Ejemplos :

1- ¿Qué energía cinética alcanzará un cuerpo que pesa 38 kg a los 30 seg de caida libre?

Solución

Como

Respuesta : 167 253,6 kgm

2- ¿Con qué energía tocará tierra un cuerpo que pesa 2500 g y cae libremente desde 12 m de altura?

Solución

Como

Respuesta : 29,69 kgm

Energía potencial

Al colocar un libro en la biblioteca, al colgar la araña (lámpara) al poner la maceta en el soporte, hemos realizado un trabajo.

Figura 15. El cuerpo que está sobre la mesa posee cierta energía que al caer comprime el resorte.

Figura 16. Al caer la maceta, eleva el cuerpo

Ahora bien, si esos cuerpos caen, ¿qué sucede?

Al llegar al suelo (fig. 154), son capaces de realizar un trabajo; por ejemplo, aplastar un resorte, romper un vidrio, elevar otro cuerpo, etcétera (fig. 155).

¿Por qué esos cuerpos, que estaban en reposo, tienen capacidad de trabajo? Porque han "almacenado" el trabajo que nosotros realizamos al subirlos. Decimos. entonces, que esos cuerpos tienen energía potencial, o sea que poseen "en potencia" cierta energía que liberarán o devolverán en determinadas ocasiones y momento; por ejemplo, al caer.

Energía potencial es la energía que tienen los cuerpos, debido a su estado de reposo; o bien, es la energía de posición (mayor o menor altura).

Se puede comprobar:

1) Que cuanto más alto está el cuerpo, más trabajo es capaz de desarrollar;

2) Que cuanto mayor sea el peso del cuerpo, mayor es el trabajo que puede desarrollar (figs. 17 y 18).

 

Figura 17. La energía potencial es proporcional al peso.

Figura 18. La energía potencial es proporcional a la altura

En consecuencia, la energía potencial es directamente proporcional al peso del cuerpo y a la altura en que se encuentra.

En símbolos,

Ep = P h ,

donde,

  • Ep = energía potencial,
  • P = peso,
  • h = altura.

Unidades de la energía

Si la energia es trabajo, las unidades de energía son las unidades de trabajo, o sea que expresamos la energía potencial o cinética en kgm, joules o ergios.

Ejemplos :

1- Una grúa levanta 20 tn a 15 m de altura en 10 seg. Si las pérdidas se consideran nulas, ¿cuál es la potencia de la grúa, expresada en caballos vapor, vatios y kilovatios?

Solución

Como

P = L / t ;

Respuesta : 30 000 kgm/seg; 400 CV; 294 000 w o 294 kw.

2 - Un peso de 10 kg. a 5 m. de altura que tiene una energía potencial de 10 X 5 = 50 kgm., con la cual puede mover un reloj mecánico; un resorte tendido que tiene el mismo poder; un tanque de 1 m3 de agua a 20 m. de altura (20 m. X 1.000 k. = 20.000 kgm.) que puede accionar una turbina o un molino.

  • La energía potencial aumenta: si se eleva más la pesa o si se tiende más el resorte y en cualquier otro caso en que el cuerpo absorbe trabajo.
  • La energía potencial disminuye: 1º, si el cuerpo produce trabajo como la pesa que hace caminar el reloj mecánico; 2º, si el cuerpo cae; entonces la energía potencial se transforma en energía actual o cinética

 

 

 

 


 


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