Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

Pregrado → Mecánica clásica → Trabajo y energía ↓


Poder y eficiencia


En la mecánica clásica, los conceptos de trabajo, poder y eficiencia son fundamentales para entender cómo interactúan las fuerzas con los objetos y cómo se transfiere o transforma la energía. Profundicemos en las complejidades del poder y la eficiencia, discutiendo sus definiciones, ejemplos y aplicaciones en el mundo real en detalle.

Trabajo en física

Antes de discutir el poder y la eficiencia, es importante entender qué significa trabajo en el contexto de la física. En física, el trabajo se define como el proceso de transferencia de energía que ocurre cuando un objeto se mueve una distancia por una fuerza externa. La ecuación básica para el trabajo es:

W = F × d × cos(θ)

Aquí, W representa el trabajo, F es la magnitud de la fuerza aplicada, d es el desplazamiento del objeto y θ es el ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección del desplazamiento.

Ejemplo de trabajo

Supongamos que empujas un libro a través de una mesa una distancia de 2 metros con una fuerza de 10 newtons. Si la fuerza que aplicas está en la dirección del movimiento, el ángulo θ es 0, y:

W = 10 N × 2 m × cos(0) = 20 Julios

Dado que cos(0) = 1, la fuerza total contribuye al trabajo realizado, resultando en 20 julios de trabajo.

Definiendo el poder

El poder es la tasa a la que se realiza el trabajo o se transfiere la energía a lo largo del tiempo. En términos simples, mide qué tan rápido se está usando o transfiriendo la energía. La fórmula para el poder promedio es:

P = W / t

Donde P es el poder, W es el trabajo realizado o la energía transferida, y t es el tiempo tomado para hacer el trabajo.

Poder instantáneo

Mientras que el poder promedio da la tasa promedio de trabajo durante un intervalo de tiempo, el poder instantáneo da la tasa en cualquier instante dado. En términos de cálculo, el poder instantáneo es la derivada del trabajo con respecto al tiempo:

P = dW/dt

Esto ayuda a entender cómo puede cambiar el poder en puntos específicos durante la realización de una tarea.

Unidad de poder

La unidad estándar de poder en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el vatio (W), donde 1 vatio es igual a 1 julio por segundo (1 W = 1 J/s).

Ejemplo de poder

Imagina levantar una masa que pesa 50 kg usando un motor. Si el motor levanta la masa a una altura de 10 m en 5 segundos, el trabajo realizado se puede calcular usando la fuerza de gravedad:

W = m × g × h = 50 kg × 9.8 m/s² × 10 m = 4900 Julios

El poder promedio del motor será:

P = 4900 J / 5 s = 980 Vatios

Así, el motor genera 980 vatios de poder.

Visualización del poder

Poder = Trabajo / Tiempo P = W/T

Entendiendo la eficiencia

La eficiencia es una medida de cuán bien se convierte la energía de una forma a otra. Expresa la relación entre la energía útil de salida y la energía total de entrada, a menudo representada como un porcentaje. La ecuación de eficiencia es:

Eficiencia (η) = (Energía Útil de Salida / Energía Total de Entrada) × 100%

Dado que la energía a menudo se pierde debido a factores como la fricción y el calor, la eficiencia es siempre menor al 100% en el mundo real.

Ejemplos de eficiencia

Considera una bombilla que consume 60 julios de energía eléctrica para emitir 15 julios de luz visible. El resto de la energía se convierte en calor:

Eficiencia = (15 J / 60 J) × 100% = 25%

Esto significa que la eficiencia de la bombilla en convertir energía eléctrica en luz es del 25%.

Visualización de la eficiencia

25%

Aplicaciones del poder y eficiencia en el mundo real

Automóvil

Los coches son un ejemplo práctico de poder y eficiencia. El poder del motor determina la aceleración y la velocidad, mientras que la eficiencia del combustible de un vehículo afecta cuánto puede viajar con una cantidad determinada de combustible.

Plantas de energía

En las plantas de energía, la eficiencia afecta cuánto de la energía del combustible se convierte en energía eléctrica. Por ejemplo, las plantas de energía de carbón a menudo tienen una eficiencia del 30% al 40%, lo que significa que una parte significativa de la energía de combustión del carbón se convierte en electricidad útil.

Energía renovable

Tecnologías como los paneles solares y las turbinas eólicas convierten la energía natural en energía eléctrica. Su salida de poder y eficiencia determinan las capacidades de generación de energía. Por ejemplo, la eficiencia de los paneles solares típicos varía entre el 15% y el 20%.

Conclusión

Entender el poder y la eficiencia proporciona información invaluable sobre cómo operan los sistemas energéticos, lo cual afecta desde los electrodomésticos hasta los sistemas industriales a gran escala. Al comprender estos conceptos, cualquiera puede apreciar la importancia de la conservación de energía y la innovación en la creación de soluciones energéticas más efectivas.


Pregrado → 1.3.7


U
username
0%
completado en Pregrado

← Anterior (1.3.6)
Conservación de la Energía
Siguiente (1.4) →
Velocidad y colisiones

Comentarios 



Poder y eficiencia

https://www.physicsflow.com/ug/1.3.7?pfal=es