En el mundo que nos rodea, observamos que los objetos producen cambios sobre otros objetos al interactuar con ellos. Por ejemplo, el viento que hace girar las aspas de un molino, la puerta que se abre o se cierra al ser empujada o tirada de ella por nosotros, etc. Así pues, se define energía como la capacidad de un sistema para realizar un trabajo sobre un objeto u otro sistema. Ahora bien, ¿qué es el trabajo?

Se define trabajo como el intercambio de energía que hay entre dos sistemas cualesquiera, llamemos A y B, al aplicar A una fuerza sobre B y provocar un desplazamiento de B. Debemos tener en cuenta que, al ser un tramo infinitamente pequeño, podemos asumir que el desplazamiento dr es equivalente a la trayectoria en ese tramo, expresado como ds. Así pues, sumando el trabajo infinitesimal para cada tramo infinitesimal de desplazamiento, podemos calcular el trabajo para toda una trayectoria.

¿Cómo se hace eso? Podemos tomar F como constante o no. Debemos tener en cuenta las propiedades del producto escalar de dos vectores F · dr, que nos dicen que: F⋅r⋅cos⁡α. Como se puede deducir de la expresión y de la figura 2, solo la componente Fx de la fuerza genera trabajo. Esto es así porque si el ángulo fuera 90º, cos90=0, por lo que no existiría el trabajo. Físicamente hablando, una fuerza perpendicular a la trayectoria recorrida no es la responsable de ese recorrido, por lo que no genera trabajo para ese movimiento. Son conceptos básicos de la física.

En definitiva, el trabajo es una magnitud que nos indica la transferencia de energía que se produce por la aplicación de una fuerza sobre un cuerpo con un desplazamiento como consecuencia. Y la potencia nos indica cómo de eficaz es esa transmisión.

Unidades de Medida de Energía

Las unidades para medir la energía se utilizan dependiendo de la fuente o la forma de generación. Para expresar cierta cantidad de energía en las diferentes unidades solo debemos conocer sus respectivas equivalencias, con una unidad fundamental como el joule (J) o la caloría (cal).

Joule (J)

En el Sistema Internacional de unidades (SI) la energía se mide en joule (J), nombre otorgado en honor al físico inglés James Prescott Joule (1818-1889).

Caloría (cal)

La caloría corresponde a una unidad del Sistema Técnico de Unidades que representa la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius. Esta unidad es muy utilizada para expresar el aporte energético de los alimentos. Se debe distinguir entre la llamada “caloría chica” (cal) y la “caloría grande” (Cal), ya que esta última corresponde a la energía necesaria para elevar en un grado Celsius un kilogramo de agua.

Teracaloría (Tcal)

La Teracaloría (Tcal) corresponde a la unidad de energía utilizada por la Agencia Internacional de Energía para establecer equivalencias, realizar informes y balances.

BTU (British Thermal Unit)

El BTU es una unidad de energía utilizada principalmente en Estados Unidos, que corresponde a la necesaria para elevar en un grado Fahrenheit una libra de agua.

Corresponde a la energía necesaria para sustentar o producir cierta potencia por un tiempo determinado. Esta unidad se emplea habitualmente para cuantificar la energía eléctrica. Esta unidad es utilizada habitualmente en la producción de energía termoeléctrica y corresponde a la suministrada por una tonelada de petróleo. Corresponde a la energía que puede suministrar una tonelada de carbón.

Potencia

Se denomina potencia al cuociente entre el trabajo efectuado y el tiempo empleado para realizarlo. En otras palabras, la potencia es el ritmo al que el trabajo se realiza. Se mide en vatios (w -del inglés Watts-). Es importante no confundir el símbolo del trabajo (W) con el de la unidad de medida de la potencia (w).

En las clases de ciencias es común encontrarnos medidas de potencia en unidades distintas al vatio. Normalmente, al hablar de potencia en el mundo de la mecánica, hablamos de caballos de vapor (CV). Así pues, un sistema capaz de hacer un mismo trabajo en menor tiempo, es más potente. Si hablamos de una máquina que debe realizar una operación, se trata de una máquina más eficiente (tarda menos tiempo en ejecutar la operación).

En primer lugar, y por su expresión matemática, depende directamente del tiempo y del trabajo. Sin embargo, si analizamos mejor la expresión del trabajo, y teniendo en cuenta la segunda ley de Newton, sabemos que el trabajo acaba dependiendo de la masa, la aceleración y la distancia recorrida.

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