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FUERZA
Este concepto responde a cualquier acción que se ejerce sobre un cuerpo y que produce en él una deformación o una variación en su movimiento. Por ejemplo, se hace una fuerza para estirar un muelle, la tierra atrae a los objetos con la fuerza de la gravedad y caen al suelo si nada lo impide, los planetas cambian constantemente la dirección de su velocidad por la atracción gravitatoria del Sol.
La unidad de medida de las fuerzas en el Sistema Internacional es el Newton (N), aunque en el lenguaje ordinario se usa corrientemente el kilopondio (kp) o kilogramo-fuerza (kgf), que se define como el peso de una masa de 1 kg, y por tanto equivale a 9,8 N. Esta unidad es el origen del denominado Sistema Técnico.
En general una fuerza es el producto de la masa sobre la que actúa por la aceleración que provoca: F = m · a, pero las fuerzas más frecuentes se valoran por expresiones como:
El peso: P = m·g, que es la fuerza con que atrae la Tierra a los objetos en su superficie; g = 9,81 m/s² es la aceleración de la gravedad, pero para los cálculos tomaremos g = 10 m/s²
El rozamiento: R = μ·N es la fuerza que se opone al deslizamiento de un objeto sobre otro; μ es el coeficiente de rozamiento con la superficie, que depende de los materiales en contacto y su rugosidad.
La fuerza elástica: F = k·x, es la fuerza necesaria para comprimir o estirar un muelle. k es la constante elástica del muelle en N/m, y x es el alargamiento del muelle, que puede ser positivo (cuando se estira el muelle) o negativo (cuando se comprime).
La fuerza centrífuga: F = m·v²/r = m·ω²·r es la fuerza necesaria para mantener un objeto describiendo un círculo a una distancia r del centro de giro, y ω es la velocidad de rotación, expresada en rad/s
ENERGÍA
Se define energía como la capacidad que contiene un objeto de ponerse a sí mismo o a otro objeto en movimiento, de forma directa o indirecta. Por ejemplo, una masa a una altura del suelo puede ponerse en movimiento cuando se suelta, un muelle estirado, un combustible o una batería eléctrica pueden producir el movimiento de otro objeto.
Cuando una causa produce el movimiento de un objeto o consigue que algo se caliente, se habla de energía en tránsito; cuando la energía está almacenada y se puede liberar más tarde se habla de energía potencial.
En el Sistema Internacional, la unidad de medida de la energía es el Julio (J), que es la energía que gasta una fuerza de 1 N al desplazarse 1 m. Por tradición, como unidad de calor se mantiene la caloría (cal), que es la energía necesaria para aumentar en 1º C la temperatura de una masa de 1 g de agua. Una caloría equivale a 4,18 julios (equivalente mecánico del calor), o un julio equivale a 0,24 calorías (equivalente térmico del trabajo). En el mundo de la electricidad se usa universalmente el kilowatio-hora (kW ·h). Incluso, aunque cada vez es más infrecuente, se usa el kilopondímetro (kp·m) del Sistema Técnico, que equivale a 9,8 julios.
Las formas de energía más corrientes son:
Energía cinética: EC = ½·m·v², la de un objeto de masa m que se mueve a una velocidad v
Energía potencial gravitatoria: EP = m·g·h, la de un objeto de masa m que se encuentra una altura h
Energía elástica: EK = ½·k·x², que es la energía almacenada por un muelle que se ha comprimido o estirado una distancia x
Energía eléctrica: EE = V·I·t, la energía que gasta (o genera) un aparato eléctrico en un tiempo t, conectado a V voltios y consumiendo (o generando) I amperios
Energía interna: EI = m·CP·T, es la energía asociada a la temperatura de un objeto. En los procesos de cálculo sólo se tiene en cuenta esta energía cuando se produce una variación de temperatura, por lo cual se habla de variación de energía interna: ΔEI = m·CP·ΔT, siendo CP el calor específico del material (el calor que hay que darle a 1 g de sustancia para que aumente su temperatura 1º C)
Energía de un combustible: EQ = mC·PC es la energía que se obtiene al quemar una masa mC de un combustible cuyo poder calorífico sea PC
Otras formas de energía, que normalmente se desperdician irremediablemente y se pierden en la atmósfera, son:
Trabajo: W = F·d, que es la energía gastada para mover una fuerza F y desplazarla una distancia d
Calor: Q, que es la energía que intercambian objetos a distinta temperatura, y que se verá con más detalle más adelante
POTENCIA
En Física, la potencia es la velocidad con que se produce o se consume una energía, un trabajo o un calor, y se expresa como: P = E/t. La unidad de potencia en el S.I. es el Vatio (W), aunque las personas que trabajan con motores aún utilizan mucho el Caballo de Vapor (CV) equivalente a 735 W.
Los dos vehículos de las fotografías sirven para desplazarse pero da la sensación de que uno lo hace más rápido que el otro, ¿verdad? El primero tiene más potencia, es decir, genera energía (por ejemplo, energía cinética) en menos tiempo que el segundo.
Para saber más:
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