Energía mecánica, potencia y capacidad eléctrica: principios fundamentales

Energía Mecánica

Definición de Mecánica

La rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas se denomina mecánica.

Energía Mecánica: Cinética y Potencial

En un cuerpo existen fundamentalmente dos tipos de energía que pueden influir en su estado de reposo o movimiento: la energía cinética y la potencial. Llamamos energía mecánica de un cuerpo a la suma de la energía cinética E_c y potencial E_p que posee:

Em = E_c + E_p.

Tipos de Energía Potencial

Es importante señalar que la energía potencial, de modo general, cuenta con distintas contribuciones. En este tema nos centraremos en la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica:

E_p = E_pg + E_pe.

Principio de Conservación de la Energía Mecánica

El Principio Fundamental

La energía mecánica de un cuerpo se mantiene constante cuando todas las fuerzas que actúan sobre él son conservativas. "La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma". En realidad, tal afirmación es uno de los principios más importantes de la Física y se denomina Principio de Conservación de la Energía. Vamos a particularizarlo para el caso de la energía mecánica.

Ejemplo Ilustrativo

Para entender mejor este concepto vamos a ilustrarlo con un ejemplo. Imagina una pelota colgada del techo que cae sobre un muelle. Según el principio de conservación de la energía mecánica, la energía mecánica de la bola es siempre la misma y por tanto durante todo el proceso dicha energía permanecerá constante, tan solo cambiarán las aportaciones de los distintos tipos de energía que conforman la energía mecánica.

Antes de caer, la energía mecánica de la bola está formada únicamente por energía potencial gravitatoria. Al caer y adquirir una velocidad, la energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética, dejando constante la energía mecánica. Por último, al impactar contra el muelle, lo comienza a comprimir, provocando que la energía mecánica se componga de energía cinética, energía potencial gravitatoria y energía potencial elástica.

Potencia

Definición y Expresión

Se define la potencia como la rapidez con la que se realiza un trabajo. Su expresión viene dada por:

P = W/t.

Unidades en el Sistema Internacional

Donde:

• P: Potencia desarrollada por la fuerza que realiza el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Vatio (W).
• W: Trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J).
• t: Tiempo durante el cual se desarrolla el trabajo. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el segundo (s).

Aunque existen otras unidades de medida de la potencia, el sistema internacional mide la potencia en vatios (W).

Ecuación de Dimensiones

La ecuación de dimensiones de la potencia relaciona los vatios con julios y segundos o bien con kilogramos, metros y segundos:

[P] = M⋅L²⋅T^-3.

P = W/t ⇒ 1 W = 1 J / 1 s = 1 J⋅s^-1 = 1 kg⋅m²⋅s^-3.

Unidad de Capacidad Eléctrica

El Faradio (F)

La unidad de capacidad eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) es el faradio y se define como la capacidad que posee un conductor que al ser cargado con un culombio adquiere un potencial de un voltio.

Submúltiplos Comunes

El faradio, al igual que el culombio, se trata de una unidad muy grande por lo que es común que debamos trabajar con submúltiplos de esta. A continuación puedes encontrar algunos de los más utilizados:

• Milifaradio. 1 mF = 10^-3 F
• Microfaradio. 1 µF = 10^-6 F
• Nanofaradio. 1 nF = 10^-9 F
• Picofaradio. 1 pF = 10^-12 F