Cuando estudiamos el movimiento desde el punto de vista energético, basándonos en el concepto de trabajo mecánico, no tenemos en cuenta el factor tiempo. En este apartado vamos a profundizar sobre el concepto de potencia en Física, necesario, entre otras cosas, para el estudio de las máquinas, algunas de las cuales, como las grúas de carga o las tuneladoras, tienen por principal función el desarrollo del máximo trabajo en el menor tiempo posible.

Las tuneladoras (imagen izda.) se usan para realizar tuneles en la roca y las grúas (imagen dcha.) se emplean para levantar grandes pesos. Ambas se caracterizan porque realizan su tarea en un tiempo muy inferior que el que se tardaría por otros métodos. Realizan un trabajo en un tiempo “reducido”.

Definición de Potencia

Se define la potencia como la rapidez con la que se realiza un trabajo. Su expresión viene dada por:

P=Wt

Donde:

  • P: Potencia desarrollada por la fuerza que realiza el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Vatio (W)
  • W: Trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J)
  • t: Tiempo durante el cual se desarrolla el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el segundo (s).

Aunque existen otras unidades de medida de la potencia, el sistema internacional mide la potencia en vatios (W). La ecuación de dimensiones de la potencia relaciona los vatios con julios y segundos o bien con kilogramos, metros y segundos:

[P]=M·L2·T-3

P=Wt1W=1J1s=1J·s-1=1kg·m2·s-3; 

Relación entre Potencia y Velocidad

A partir de las expresiones anteriores es posible relacionar la potencia mecánica que impulsa un móvil y su velocidad de desplazamiento. En este apartado sólo vamos a estudiar el caso simple en el que el objeto se mueve según un movimiento rectilíneo uniforme m.r.u. A partir de la definición de potencia, podemos relacionar la potencia desarrollada por una fuerza constante y la velocidad del cuerpo sobre el que actúa.

P=Wt=F·rt=Frt=1F·v 

1 v=rt

Potencia motriz a velocidad constante

En general, cuando se habla de potencia motriz nos estamos refiriendo a la potencia asociada a la fuerza motriz. La fuerza motriz es la responsable del movimiento del cuerpo. Imagina un automóvil desplazándose por una carretera a velocidad constante. La fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo es nula, ya que no existe aceleración (velocidad constante), sin embargo, para vencer las fuerzas de rozamiento (o fricción) con el suelo y con el aire, se precisa que el motor desarrolle una fuerza denominada fuerza motriz, en sentido del movimiento (y por tanto contraria a las fuerzas de rozamiento). La potencia asociada a tal fuerza se denomina potencia motriz. La fórmula anterior es de gran utilidad en la industria automovilística donde se precisa reducir la fricción con el suelo y con el aire al mínimo. 

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Potencia como Velocidad de Transformación de la Energía

Hasta ahora hemos hablado de la potencia aplicada a los procesos mecánicos. Es decir, aquellos en los que se produce una transformación en el estado de reposo o movimiento del cuerpo y están sujetos a la acción de fuerzas. La energía de un proceso cualquiera ni se produce ni se consume, sino que se transforma. Imagina un foco encendido. Este consume energía eléctrica pero genera energía lumínica. En realidad ese proceso tiene lugar en un tiempo. Surge así, el concepto de potencia asociado a la velocidad de transformación de la energía.

La potencia de un proceso cualquiera es la velocidad de transformación de la energía del mismo.

Por último, indicar que, siguiendo con el razonamiento anterior, podemos distinguir:

  • Potencia generada: Nos centramos en la energía de cierto tipo generada por unidad de tiempo
  • Potencia consumida: Nos centramos en la energía de cierto tipo gastada por unidad de tiempo

Como norma general, la potencia generada en un proceso es una fracción de la potencia consumida (en el caso del foco, parte de la energía eléctrica se transforma en luz y parte en calor) y por tanto el cociente entre potencia generada y consumida será menor que uno. No obstante, en los procesos en los que se busca transformar energía, los científicos e ingenieros buscan que dicho cociente se aproxime lo más posible a uno para evitar el desperdicio energético.

Ficha de ejercicios resueltos

Aquí puedes poner a prueba lo que has aprendido en este apartado.

Calcular consumo bombilla

dificultad

Una compañía eléctrica nos cobra el kW - h a 0.08 euros. ¿Cuánto nos cobrará por dejar durante 12 horas encendida la lámpara de nuestra habitación si esta cuenta con 100 W de potencia? ¿En qué porcentaje reduciríamos nuestro consumo con una bombilla de bajo consumo de 25 W?

Potencia para elevar objeto

dificultad

Determina la potencia que necesita una grúa para elevar un coche de dos toneladas hasta una altura de 25 metros en medio minuto.

Potencia motriz

dificultad

Un automóvil circula por la carretera a una velocidad constante de 120 Km/h. Sabiendo que la fuerza de rozamiento con la carretera es de 200 N y la fricción con el aire supone 820 N, ¿Qué potencia debe desarrolar el automóvil para poder mantener la velocidad constante? Da el resultado en CV.

Masa de un cuerpo a partir de potencia y velocidad

dificultad

Calcula la masa de un coche sabiendo que para levantarlo a 0.83 m/s una grúa necesita un motor de 16 kW.

Potencia motriz subiendo rampa

dificultad

Un automóvil se mueve horizontalmente con una velocidad constante de 110 km·h-1. Sabiendo que tiene una masa de 1.4 toneladas (incluyendo ocupantes), determina la potencia motriz extra que debe desarrollar el motor cuando comienza a subir una rampa del 5%.

Fuerza de rozamiento a partir de potencia motriz

dificultad

Sabiendo que un ciclista baja una cuesta del 5 % a una velocidad constante de 95 km/h sin pedalear en ningún momento, y que la masa del conjunto bicicleta-ciclista es de 92 kg, calcula la suma de las fuerzas de rozamiento presentes. ¿Qué potencia desarrolla la componente x del peso?

Potencia motriz mínima para mover objeto

dificultad

Determina si es posible mover un bloque de 1000 Kg arrastrándolo por el suelo durante 10 metros en 30 segundos aplicando para ello una potencia motriz de 50 W. Dato: μ=0.1

Ficha de fórmulas

Aquí tienes un completo formulario del apartado Potencia. Entendiendo cada fórmula serás capaz de resolver cualquier problema que se te plantee en este nivel.

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Potencia

P=Wt

Ecuación de Dimensiones de la Potencia

[P]=M·L2·T-3

Ficha de apartados relacionados

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