Aplicaciones de los conceptos de Energía, Potencia, Fuerza, Trabajo
La energía, la potencia, la fuerzay el trabajo son conceptos que están completamente interrelacionados y muy presentes en muchas de las actividades que las personas hacen diariamente.
La energía (E) se define como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Todo lo que sucede en el universo utiliza energía que se transforma en otras formas de energía.
El trabajo (W) es la fuerza (F) aplicada a un cuerpo para producir un desplazamiento en la misma dirección de la fuerza. La fuerza es una acción de transferencia o pérdida de energía. La potencia (P) es la cantidad de trabajo realizado por un cuerpo en un intervalo de tiempo.
¿Qué aplicación tienen los conceptos de Energía, Potencia, Fuerza y Trabajo en la vida diaria?
Energía
Una de las formas de energía que está presente en la vida cotidiana es la energía eléctrica. Este tipo de energía normalmente proviene de centrales eléctricas que transfieren electricidad a través de grandes redes de cableado eléctrico.
Las centrales eléctricas son plantas de generación que se fundamentan en la transformación de energía mecánica en energía eléctrica, mediante el uso de combustibles fósiles como el petróleo, o mediante el aprovechamiento de otras fuentes de energía como lo son la energía eólica o hidráulica.
Una vez que la energía eléctrica llega a las fábricas, empresas, hogares, o al usuario final, se transforma en otros tipos de energía mediante el uso de aparatos eléctricos.
Por ejemplo, la plancha eléctrica transforma la electricidad en energía calórica, los bombillos transforman la energía en luz, las licuadoras y lavadoras en energía mecánica. Así mismo, la electricidad suministrada al sistema ferroviario proporciona movimiento en los trenes que se traduce en energía cinética.
La energía del motor de un automóvil proviene de la quema de combustible como la gasolina o el gas para transformarla en energía mecánica. Al tratar de frenar un automóvil, ya sea para disminuir su velocidad o detenerlo, su energía cinética se transforma en energía calórica que se disipa al ambiente mediante los elementos del sistema de frenado.
Como organismos vivos, las personas convierten la energía de los alimentos que consumen en energía calórica o en energía química que se almacena en la grasa de los tejidos orgánicos. Al realizar ejercicio físico o practicar algún deporte la persona quema las calorías o la grasa corporal influyendo en el peso, en la masa muscular y en su rendimiento.
Potencia
El concepto de potencia está presente cuando se analiza el funcionamiento de las maquinas que en su mayoría están diseñadas para realizar un trabajo sobre los cuerpos. Las máquinas se caracterizan por una clasificación de potencia que indica la transferencia de energía por unidad de tiempo.
El motor de un automóvil tiene una clasificación de potencia que depende del cilindraje. Un automóvil con alto cilindraje tiene mayor potencia, alcanza velocidades altas y consume mucha energía.
La potencia en los vehículos se mide en caballos de fuerza (HP). En los motores eléctricos de las lavadoras, secadoras, licuadoras o batidoras la potencia se expresa en vatios (W) o en kilovatios (KW).
A los deportistas les interesa mucho mejorar su potencia en la ejecución de las actividades rutinarias de entrenamiento. Un entrenamiento de potencia consiste en realizar ejercicios de aplicación, de mayor fuerza de desplazamiento, de una misma carga en el menor tiempo posible.
Es decir, el entrenamiento consiste en mejorar la fuerza de aplicación sobre la carga para mejorar la velocidad de desplazamiento y con esto mejora la potencia.
Fuerza
El ser humano experimenta a diario los efectos de las fuerzas. Por ejemplo, el esfuerzo al levantar una pesa de 2 kilogramos en el gimnasio es de aproximadamente 20 Newton, oponiéndose a la fuerza de gravedad.
Al empujar un objeto muy pesado o al correr en una pista de atletismo se utiliza toda la fuerza de los músculos y de los huesos para lograr el desplazamiento del objeto o para alcanzar grandes velocidades.
La acción de conducir un automóvil o detenerlo requiere aplicar fuerza. Al utilizar la licuadora o la lavadora se produce un movimiento circular que ayuda a triturar los alimentos o a eliminar el sucio de la ropa. Ese movimiento es debido a la fuerza centrípeta que proporciona el motor.
Las fuerzas que están presentes en la vida diaria pueden mover objetos, detenerlos o mantenerlos en reposo. La explicación de estos efectos está presente en las leyes del movimiento de Newton.
Un ejemplo de aplicación es cuando un futbolista patea un balón para que acelere y vuele verticalmente. El balón alcanza una cierta altura la cual va a depender de la fuerza aplicada. La fuerza de gravedad desacelera el balón y este se regresa. Al caer al suelo rebota varias veces a causa de la fuerza elástica debido al material del que está elaborado.
Finalmente la pelota rueda por el suelo hasta que se detiene por la acción de la fuerza de fricción, que se ejerce entre la superficie y el balón, restándole energía cinética.
Las fuerzas que lo mantienen en reposo son la fuerza de gravedad y la fuerza que lo sostiene en el suelo. Estas dos fuerzas se igualan y el balón se mantiene en reposo hasta que nuevamente se le aplica una nueva fuerza ejercida por el futbolista.
Trabajo
En la vida diaria el término trabajo significa realizar alguna actividad que genere ganancia monetaria. En física el trabajo tiene otro significado. Se realiza trabajo siempre que una fuerza aplicada ocasione un desplazamiento.
La aplicación de mayor fuerza debe dar como resultado más trabajo. Del mismo modo, aplicar una misma fuerza a una mayor distancia debe resultar en mayor trabajo realizado.
Un ejemplo de aplicación de trabajo en la vida diaria es cuando se levanta un libro del suelo. En este caso se realiza trabajo porque se aplica una fuerza vertical para conseguir un desplazamiento en la misma dirección.
Si se desplaza a una altura mayor el trabajo realizado es mayor porque hay mayor transferencia de energía, pero si se devuelve el libro al mismo punto de partida se realiza un trabajo negativo que se traduce en una pérdida de energía.
Cuando se empuja un automóvil horizontalmente desde una posición en reposo se realiza un trabajo porque el empuje se realiza en la misma dirección de desplazamiento del automóvil.
Si se empuja el automóvil en una cuesta hacia arriba también se realiza trabajo por la componente de la fuerza que se opone a la fuerza de gravedad.
Referencias
- Alonso, M y Finn, E. Física. México : Addison Wesley Longman, 1999. Vol. III.
- Dola, G, Duffy, M y Percival, A. Physics. Spain : Heinemann, 2003.
- Kittel, C, Knight, W D y Ruderman, M A. Mechanics. US : Mc Graw Hill, 1973, Vol. I.
- Walker, J, Halliday, D y Resnick, R. Fundamentals of Physics. US : Wiley, 2014.
- Hewitt, D E. Engineering Science II. New York : Mcmillan Technician Series, 1978.