Potencia Física: Fórmulas, Tipos de Potencia y Ejemplos - Lifeder
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Por Jaime Caballero WhatsApp Facebook Twitter PrintLa potencia física se refiere a la cantidad de trabajo realizado (o energía consumida) por una unidad de tiempo. La potencia es una magnitud escalar, siendo su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades el julio por segundo (J / s), conocido como vatio en honor a James Watt .
Otra unidad de medida bastante común es el tradicional caballo de vapor. En física se estudian distintos tipos de potencia: potencia mecánica, potencia sonora, potencia calorífica, entre otros. En general existe una idea intuitiva del significado de potencia. Habitualmente se hace la asocia a mayor potencia mayor consumo.
Así, una bombilla consume más energía eléctrica si su potencia es mayor; lo mismo sucede con un secador de pelo, un radiador o un ordenador personal.
Por ello se hace necesario comprender bien su significado, los distintos tipos de potencias que existen y entender cómo se calcula y cuáles son las relaciones entre sus unidades de medida más habituales.
Índice
Fórmulas
Por definición, para calcular la potencia consumida o suministrada en un intervalo de tiempo se utiliza la siguiente expresión:
P = W / t
En esta expresión P es la potencia, W es el trabajo y t es el tiempo.
Si lo que se desea es calcular la potencia instantánea se debe recurrir a la siguiente fórmula:
En esta fórmula ∆t es el incremento del tiempo, F es la fuerza y v es la velocidad.
Unidades
La unicidad de potencia en el Sistema Internacional de Unidades es el julio por segundo ( J / s ), conocido como vatio ( W ). También es bastante común en determinados contextos la utilización de otras unidades como kilovatio (kW), caballo de vapor (CV), entre otras.
Como es lógico, el kilovatio equivale a 1000 vatios. Por su parte, la equivalencia entre el caballo de vapor y el vatio es la siguiente:
1 CV = 745,35 W
Otra unidad de potencia, si bien su uso es mucho menos habitual, es el ergio por segundo (erg/s), que equivale a 10 -7 W.
Es importante distinguir el kilovatio del kilovatio hora (kWh), ya que este último es una unidad de energía o de trabajo y no de potencia.
Tipos de potencia
De entre los distintos tipos de potencia que existen, algunos de los más importantes son los que se van a estudiar a continuación.
Potencia mecánica
La potencia mecánica ejercida sobre un sólido rígido se obtiene efectuando el producto entre la fuerza resultante total aplicada y la velocidad transmitida a ese cuerpo.
P = F ∙ v
Esta expresión es equivalente la expresión: P = W / t, y de hecho se obtiene a partir de ella.
En el caso de que además se produzca un movimiento de rotación del sólido rígido y que, por tanto, las fuerzas ejercidas sobre este modifiquen su velocidad angular dando lugar a una aceleración angular, se tiene que:
P = F ∙ v + M ∙ ω
En esta expresión M es el momento resultante de las fuerzas aplicadas y ω es la velocidad angular del cuerpo.
Potencia eléctrica
La potencia eléctrica suministrada o consumida por un componente eléctrico es el resultado de dividir la cantidad de energía eléctrica entregada o absorbida por dicho componente y el tiempo empleado en ello. Se calcula a partir de la siguiente expresión:
P = V ∙ I
En esta ecuación V es la diferencia de potencial a través del componente e I es la intensidad de corriente eléctrica que lo atraviesa.
En el caso particular de que el componente sea una resistencia eléctrica, se pueden utilizar las siguientes expresiones para calcular la potencia: P = R ∙ I 2 = V 2 / R, donde R es el valor de la resistencia eléctrica del componente en cuestión.
Potencia calorífica
Se define la potencia calorífica de un componente como la cantidad de energía disipada o liberada en forma de calor por dicho componente en una unidad de tiempo. Se calcula a partir de la siguiente expresión:
P = E / t
En dicha expresión E es la energía liberada en forma de calor.
Potencia sonora
La potencia sonora se define como la energía transportada por una onda sonora en una unidad de tiempo a través de cierta superficie.
De este modo, la potencia sonora depende tanto de la intensidad de la onda sonora como de la superficie atravesada por dicha onda, y se calcula por medio de la siguiente integral:
P S = ⌠ S I S ∙ d S
En esta integral Ps es la potencia sonora de la onda, Is es la intensidad sonora de la onda, y dS es el diferencial de superficie atravesado por la onda.
Potencia nominal y potencia real
Se denomina potencia nominal a la potencia máxima que requiere o que puede ofrecer una máquina o un motor en condiciones normales de uso; es decir, la potencia máxima que puede soportar u ofrecer la máquina o motor.
El término nominal se utiliza porque esa potencia en general se utiliza para caracterizar la máquina, para nombrarla.
Por su parte, la potencia real o útil —es decir, la potencia que realmente se aprovecha, genera o utiliza la máquina o motor— es generalmente distinta de la nominal, siendo habitualmente menor.
Ejemplos
Primer ejemplo
Se desea subir con una grúa un piano de 100 kg hasta un séptimo piso que se encuentra a una altura de 20 metros. La grúa tarda 4 segundos en subir el piano. Calcule la potencia de la grúa.
Solución
Para calcular la potencia se utiliza la siguiente expresión:
P = W / t
Sin embargo, en primer lugar se requiere calcular el trabajo realizado por la grúa.
W = F ∙ d ∙ cos α = 100 ∙ 9,8 ∙ 20 ∙ 1 = 19.600 N
Por tanto, la potencia de la grúa será:
P = 19.600 / 4 = 4900 W
Segundo ejemplo
Calcule la potencia disipada por una resistencia 10 Ω es atravesada una intensidad de corriente de 10 A.
Solución
En este caso es necesario calcular la potencia eléctrica, para lo cual se utiliza la siguiente fórmula:
P = R ∙ I 2 = 10 ∙ 10 2 = 1000 W