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Potencia Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. En la mayoría de los procesos de intercambio energético y/o realización de trabajo un factor importante es el tiempo empleado en el proceso. Los electrodomésticos son capaces de hacer un trabajo, pero deben hacerlo rápido para que sean eficaces. Si nos fijamos en aquellos aparatos que como una nevera, un secador, una bombilla que consumen energía eléctrica y la transforman para enfriar, calentar, iluminar...,la magnitud física que relaciona la energía eléctrica consumida en una unidad de tiempo se llama potencia. La potencia relaciona el trabajo que es capaz de realizar una máquina máquina y el tiempo empleado. Se aplica a cualquier proceso de transferencia energética. Así por ejemplo también podemos hablar de la potencia de una grúa para elevar una carga, como el trabajo desarrollado por el montacargas en la unidad de tiempo. Sabemos que la fuerza mínima necesaria para mover un objeto es aquella que contrarresta a las fuerzas que existen en contra de la dirección del movimiento. Esto equivale a encontrar una fuerza que haga nula a la fuerza resultante que actúa sobre el objeto. Una situación muy frecuente en proyectos de construcción es l a utilización de grúas. El conocimiento de la magnitud de la carga que vamos a elevar es esencial para elegir el montacargas.
Potencia mecánica Es la potencia de un cuerpo que se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme; depende de la fuerza aplicada y de la velocidad adquirida según: P= W/t = F · x/t = F · v, por tanto, P = F · v Donde: F: la fuerza resultante que actúa sobre la partícula v: la velocidad de la partícula
Otros: Potencia eléctrica
La potencia eléctrica P desarrollada en un cierto instante por un dispositivo viene dada por la expresión
Donde: •
P (t) es la potencia instantánea, medida en vatios (julios/segundos).
Puertas Navarro Martín Iván 5.C I(t) es la corriente que circula por él, medida en amperios.
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•
•
V(t) es la diferencia de potencial (caída de voltaje) a través del componente, medido en
voltios. Si el componente es una resistencia, tenemos:
Donde: •
R es la resistencia, medida en ohmios.
Potencia sonora
La potencia del sonido, considerada como la cantidad de energía que transporta la onda sonora por unidad de tiempo a través de una superficie dada, depende de la intensidad de la onda sonora y de la superficie, superficie, viniendo dada, en el caso general, por:
•
P s es la potencia
•
I s es la intensidad sonora.
•
sonora. dS es el elemento de superficie sobre alcanzado por la onda sonora.
Para una fuente aislada, el cálculo de la potencia sonora total emitida requiere que la integral anterior se extienda sobre una superficie cerrada. cerrada.
Trabajo En mecánica clásica, clásica , el trabajo que realiza una fuerza se define como el producto de ésta por el camino que recorre su punto de aplicación y por el coseno del ángulo que forman la una con el otro. [1] trabajo es una magnitud física escalar que escalar que se
El
representa con la letra (del inglés Work ) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios en julios (J) en el Sistema Internacional de Unidades. Unidades . Matemáticamente lo expresamos en la forma:
Las definiciones de trabajo dadas en los apartados anteriores no se corresponden con el significado que corrientemente se le da tal palabra, y ello puede dar lugar a confusiones. Así, para que se realice trabajo, desde el punto de vista de la Mecánica, es necesario que el punto de aplicación de una fuerza experimente un desplazamiento; es decir, contrariamente al sentir popular, el trabajo tal como lo hemos definido no está asociado de forma clara e intuitiva con la fatiga física o mental que podemos experimentar al realizar un esfuerzo o al resolver un intrincado problema.
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Energía El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia νέργεια/energeia,, actividad, operación; ἐνεργóς/energos=fuerza νεργóς/energos=fuerza de acción o fuerza trabajando) trabajando) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. movimiento. En física, física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. trabajo.
Es la base para el primer principio de la termodinámica, termodinámica , indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece en el tiempo. No obstante, la teoría de la relatividad especial establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, contienen energía. Los cuerpos por el hecho de moverse tienen la capacidad de transformar su entorno. Pensemos que al movernos somos capaces de transportar objetos, de chocar, de romper, etc.
Energía cinética: La energía cinética (E c) es aquella que tiene un cuerpo en función de su movimiento. Un cuerpo que esté en reposo tiene energía cinética nula y un tren tr en a alta velocidad posee una elevada energía cinética. Es decir, que ésta depende de la velocidad. Se expresa así: Ec = ½ mv2 Donde: Ec = Energía cinética (J) m = masa (kg) v = velocidad (m/s)
Energía potencial:
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Se dice que un objeto tiene energía cuando está en movimiento, pero también puede tener energía potencial, que es la energía asociada con la posición del objeto. Energía Potencial, ejemplo: un pesado ladrillo sostenido en alto tiene energía potencial debido a su posición en relación al suelo. Tiene la capacidad de efectuar trabajo porque si se suelta caerá al piso debido a la fuerza de gravedad, pudiendo efectuar trabajo sobre otro objeto que se interponga en su caída. Un resorte comprimido tiene energía potencial. Por ejemplo, el resorte de un reloj a cuerda transforma su energía efectuando trabajo para mover el horario y el minutero.
Energía gravitacional La energía gravitacional conocido también energía potencial gravitatoria asociada a la posición de un cuerpo en el campo gravitatorio (en el contexto de la mecánica clásica). clásica). La energía potencial gravitatoria de un cuerpo de masa m en un campo gravitatorio constante viene dada por: donde h es altura del centro de masas respecto al cero convencional de energía potencial.
la
Otras: Energía mecánica: es la energía debida al movimiento, posición (energía potencial) o velocidad (energía cinética). Energía térmica: es la obtenida por combustión de carbón, gas o petróleo. Se debe a la energía cinética que poseen las partículas de un cuerpo en función de su movimiento interno. Cuanta más alta sea su temperatura, más rápidamente se mueven sus partículas y mayor es su energía interna. Energía química: es la obtenida de una reacción química, ya sea mediante combustión o la almacenada en el interior de una pila o batería. Energía nuclear: es la energía química obtenida del interior del núcleo de los átomos que se libera de una reacción de fisión. Energía solar: es la emitida por el Sol en forma de radiaciones. Energía eólica: energía cinética obtenida al aprovechar el movimiento del aire.
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Energía eléctrica: Los diferentes tipos de energía se transforman en energía eléctrica; es la energía útil, de consumo inmediato. Se puede transformar nuevamente en otros tipos: luminosa, calorífica, mecánica, etc.
Unidades (medición) Unidades de potencia •
Sistema Internacional (SI): (SI): ○
•
Sistema inglés: inglés: ○
•
1 HP = 550 ft·lbf/s
1 HP = 745,699 871 582 270 22 W
kilográmetro por segundo, (kgm/s)
Sistema cegesimal ○
•
caballo de potencia o horse power , (HP)
Sistema técnico de unidades: unidades : ○
•
vatio, vatio, (W)
ergio por segundo, (erg/s)
Otras unidades: unidades: ○
caballo de vapor, vapor, (CV)
1 CV = 75 kgm/s = 736 W
Unidades de trabajo Sistema Internacional de Unidades •
•
Julio, Julio, unidad de trabajo en el SI Kilojulio: 1 kJ = 103 J
Sistema Técnico de Unidades •
kilográmetro o kilopondímetro:
•
1 kilográmetro (kgm) = 1 kilogramo-fuerza x 1 metro
•
1 kgm = 9,80665 J 9,80665 J
Sistema cegesimal •
Ergio: Ergio: 1 erg = 10-7 J
Sistema inglés •
•
Termia inglesa (th), th), 105 BTU BTU, BTU, unidad básica de trabajo de este sistema
Puertas Navarro Martín Iván Sistema técnico inglés •
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pie-libra (ft·lb) ft·lb)
Otras unidades •
kilovatio-hora
•
Caloría termoquímica (calTQ)
•
•
Termia EEC. EEC . Atmósfera-litro (atm·L (atm·L))
Unidades de medida de energía Nombre
Abreviat Equivalencia en julios en julios ura
Caloría
cal
4,1855
Frigoría
fg
4.185.5
Termia
th
4.185.500
Kilovatio hora
kWh
3.600.000
Caloría grande
Cal
4.185,5
Tonelada equivalente de petróleo
Tep
41.840.000.000
Tonelada equivalente de carbón
Tec
29.300.000.000
Tonelada de refrigeración
TR
3,517/h 3,517/h
Electronvoltio
eV
1.602176462 1.602176462 × 10 -19
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British Thermal Unit
BTU
1.055,05585[1]
Board of Trade unit
BTu
3600000 [2]
Cheval vapeur heure
CVh
-7[3] 3.777154675 3.777154675 × 10 -7[
Ergio
erg
1 × 10-7
Foot pound
ft × lb
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1,35581795
-11[4] Poundal foot pdl × ft 4.214011001 4.214011001 × 10 -11[
Máquinas simples Una máquina simple es un mecanismo que transforma una fuerza aplicada en otra resultante, modificando la magnitud de la fuerza, su dirección, la longitud de desplazamiento o una combinación de ellas. Son dispositivos, instrumentos, aparatos o sistemas, sistemas, que favorecen la utilización de las fuerzas, que se emplean para facilitar la realización del trabajo. •
•
•
La Rueda permite el desplazamiento del cuerpo al que está unido su eje disminuyendo las fuerzas de rozamiento, rozamiento, al disminuir las superficies en contacto. Las ruedas dentadas también trasportan el movimiento y la fuerza o par de giro. giro. La biela manivela transforma el movimiento giratorio de la manivela en uno alternativo de la biela; ambas se mueven en el mismo plano y un giro regular de la manivela da lugar a un movimiento alternativo de la biela. La relación de fuerzas es más compleja que en otros casos, porque a ángulos de giro de la manivela iguales no corresponden avances de la biela iguales. La cuña transforma una fuerza vertical en dos horizontales antagonistas. El ángulo de la cuña determina la proporción entre las fuerzas aplicada y resultante, de un modo parecido al plano inclinado.
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•
•
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La palanca es una barra rígida con un punto de apoyo, a la que se aplica una fuerza y que, girando sobre el punto de apoyo, vence una resistencia. Se cumple la conservación de la energía y, por tanto, la fuerza aplicada por su espacio recorrido ha de ser igual a la fuerza de resistencia por su espacio recorrido. En el plano inclinado se aplica una fuerza para vencer la resistencia vertical del peso del objeto a levantar. Dada la conservación de la energía, cuando el ángulo del plano inclinado es más pequeño se puede levantar más peso con una misma fuerza aplicada pero, a cambio, la distancia a recorrer será mayor. La polea simple transforma el sentido de la fuerza; aplicando una fuerza descendente se consigue una fuerza ascendente. El valor de la fuerza aplicada y la resultante son iguales, pero de sentido opuesto. En un polipasto la proporción es distinta, pero se conserva igualmente la energía.
Principio de trabajo Las maquinas emplean en su funcionamiento, tres elementos fundamentales: 1. Punto de apoyo: es el punto sobre el cual se apoya o se mueve la maquina, también llamado
fulcro, punto de eje o superficie sobre la cual se apoyan los dos próximos elementos. hacer funcionar la maquina. 2. Fuerza motriz o potencia (Fp): es la fuerza que se aplica para hacer funcionar 3. Fuerza de resistencia (Fr): es la fuerza que hay que vencer para mover o deformar un cuerpo.
Otros elementos que deben considerar en el rendimiento de las maquinas son: •
•
La distancia entre el punto en el que se aplica la potencia y el punto en el que se realiza el apoyo. La distancia entre el punto de apoyo y el punto de aplicación de la resistencia.
CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS Todas las maquinas presentan las siguientes características: 1. Producen Producen la transforma transformación ción de de la energía energía que que recibenreciben2. Utiliza Utilizan n la energ energía ía para para funci funciona onar. r.
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3. La energía que reciben para su funcionamiento no no es aprovechada completamente, debido a que a que parte de esta se pierde en la fricción o roce. LA VENTAJA MECÁNICA DE LAS MÁQUINAS SIMPLES Se define como ventaja mecánica (VM) de una maquina simple la relación que existe entre la fuerza resistente (Fr) y la fuerza motriz (Fp); dicha relación se expresa matemáticamente así: VM = F resistente / F motriz
Eficiencia Las máquinas ideales para una buena eficiencia son sistema de poleas (polipasto), plano inclinado y palancas; 100% del trabajo de entrada era transformado en trabajo de salida. Una maquina ideal operaria a 100% de eficiencia. En la práctica esto no sucede y nunca puede esperarse que suceda. En cualquier transformación algo de energía se disipa en en energía cinética molecular: calor. Esto calienta a la maquina. De acuerdo con el principio de conservación de la energía, estos procesos se relacionan del modo siguiente: Trabajo de entrada = trabajo contra la fricción + trabajo de salida. La cantidad de trabajo útil realizado por una maquina, nunca puede ser mayor que el trabajo que se le ha suministrado; siempre habrá cierta pérdida debido a la fricción. Cuanto más podamos reducir la perdida por fricción en una maquina, tanto mayor será la recompensa a nuestro esfuerzo. En otras palabras la eficiencia de una maquina determinada puede medirse comparando su trabajo de salida con el trabajo que se le ha suministrado. La eficiencia E de una maquina se define como el cociente entre el trabajo de salida y el trabajo de entrada: E = trabajo de salida/ trabajo de entrada La eficiencia así definida será siempre entre cero y uno (0 – 1). La práctica común es expresar esta fracción como un porcentaje multiplicando el número decimal por 100.
Fuentes: Potencia 1. http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia 2. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/trabajo/trapoenedinewton9.htm 3. Enciclopedia temática universal, volumen Física-Química-Matemáticas-Computación
Editorial Eman, Edición 2005, Pg. 674-895. Título: Trabajo, Potencia y Energía, páginas 686,687. Subtítulo: Potencia.
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Trabajo: 1. http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica)
Energía: 1. http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa
Cinética: 2. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/trabajo/trapoenedinewton4.htm?1&0
Potencial: 3. http://www.jfinternational.com/mf/energia-potencial.html
Otros:
4. Enciclopedia temática universal, volumen Física-Química-Matemáticas-Computación
Editorial Eman, Edición 2005, Pg. 674-895. Título: Trabajo, Potencia y Energía, páginas 687-688. Subtitulo: Energía.
Unidades: 1. http://es.w http://es.wikiped ikipedia.org ia.org/wiki /wiki/Poten /Potencia cia 2. http://es.wikipedia.org/wiki/Trabajo_(f%C3%ADsica) 3. http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa
Máquinas simples 1. http://www.monografias.com/trabajos47/maquinas-simples/maquinas-simples2.shtml 2. http://html.rincondelvago.com/maquinas-simples-y-su-eficiencia.html 3. http://www.cecyt11.ipn.mx/guias/polilibro/fisica/Capitulo%20II/Maquinas%20en
%20equilibrio/indexMaquinasS.htm 4. http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_simple
