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.

Y ahora... ¡Ponte a prueba!

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