Potencia (física)
En física, la potencia () es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.[1] En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de potencia es el vatio o watt, igual a un julio o joule por segundo.[2]
Definición[editar]
La potencia es la relación con respecto al tiempo a la que se realiza el trabajo; es la derivada temporal del trabajo:
donde P es la potencia, W es el trabajo y t es el tiempo.
Si se aplica una fuerza constante F a lo largo de una distancia x, el trabajo realizado se define como En este caso, la potencia puede escribirse como:
Si en cambio la fuerza es variable sobre una curva tridimensional C, entonces el trabajo se expresa en términos de la integral lineal:
Por el teorema fundamental del cálculo, sabemos que
Por lo tanto, la fórmula es válida para cualquier situación general.
Simbología[editar]
Símbolo | Nombre |
---|---|
Potencia media | |
Potencia esperada | |
Potencia instantánea | |
Trabajo | |
Intervalo de Tiempo | |
Vector de Fuerza | |
Vector de posición | |
Vector de Velocidad |
Potencia media[editar]
Si es la cantidad de trabajo realizado durante un intervalo de tiempo (), la potencia media () durante ese intervalo está dada por la relación
- [1]
Potencia instantánea[editar]
Es el valor límite de la potencia media () cuando el intervalo de tiempo () se aproxima a cero.[cita requerida] En el caso de un cuerpo de pequeñas dimensiones
Para un cuerpo extenso que se desplaza y rota la potencia toma la forma:
donde es el torque resultante y es la velocidad angular del cuerpo.
Tipos de potencia[editar]
Potencia mecánica[editar]
La potencia mecánica aplicada sobre un sólido rígido viene dada por el producto de la fuerza resultante aplicada por la velocidad:
Si además existe rotación del sólido y las fuerzas aplicadas están cambiando su velocidad angular:
Símbolo | Nombre |
---|---|
Fuerza resultante | |
Momento resultante | |
Velocidad del punto donde se ha calculado la resultante efectiva | |
Velocidad angular del sólido |
Para un sólido deformable o un medio continuo general la expresión es más compleja y se expresa como producto del tensor tensión y el campo de velocidades. La variación de energía cinética viene dada por:
Símbolo | Nombre |
---|---|
Componentes del tensor de tensiones de Cauchy | |
Componentes del tensor de velocidad de deformación |
Potencia eléctrica[editar]
La potencia eléctrica desarrollada en un cierto instante por un dispositivo viene dada por la expresión
Símbolo | Nombre | Unidad |
---|---|---|
Potencia instantánea | W o (J/s) | |
corriente que circula por él | A | |
Diferencia de potencial (caída de voltaje) a través del componente | Volt |
Si el componente es una resistencia, tenemos:
Símbolo | Nombre | Unidad |
---|---|---|
Potencia | W | |
Corriente | A | |
Voltaje | V | |
Resistencia | Ω |
Potencia calorífica[editar]
La potencia calorífica de un dispositivo es la cantidad de calor que libera por la unidad de tiempo:
Símbolo | Nombre | Unidad |
---|---|---|
Potencia instantánea | W o (J/s) | |
Energía proporcionada | J | |
Tiempo | s |
La potencia sonora, considerada como la cantidad de energía que transporta la onda sonora por unidad de tiempo a través de una superficie dada, depende de la intensidad de la onda sonora y de la superficie , viniendo dada, en el caso general, por:
Símbolo | Nombre |
---|---|
Potencia | |
Intensidad sonora | |
Elemento de superficie sobre alcanzado por la onda sonora |
Para una fuente aislada, el cálculo de la potencia sonora total emitida requiere que la integral anterior se extienda sobre una superficie cerrada.
Unidades de potencia[editar]
- Sistema Internacional (SI):
- Vatio, (W)
- Sistema inglés:
- caballo de fuerza o de potencia, horsepower en inglés, (hp)
- 1 HP = 550 ft·lbf/s
- 1 HP = 745,7 W
- caballo de fuerza o de potencia, horsepower en inglés, (hp)
- Sistema técnico de unidades:
- kilográmetro por segundo, (kgm/s)
- 1 kgm/s = 9,806215 W
- kilocaloría por hora (kcal/h)
- 1 kcal/h = 1000 cal/h = 1,1630556 W (vatio)
- kilográmetro por segundo, (kgm/s)
- Sistema cegesimal
- ergio por segundo, (erg/s)
- 1 erg/s = 1x10-7 W
- ergio por segundo, (erg/s)
- Otras unidades:
- caballo de vapor, (CV)
- 1 CV = 75 kgf·m/s = 735,35375 W
- caballo de vapor, (CV)
Véase también[editar]
Referencias[editar]
- ↑ a b Tsokos, K. A. (First edition 1998, Fourth edition 2005). Physics for the IB Diploma (fourth edition) (en inglés). Cambridge University Press. pp. 3, 109. ISBN 978-052160405-5. «Power is the rate at which work is being performed. When a quantity of work ΔW is performed within a time interval Δt the ratio P = ΔW/Δt is called the power developed. Its unit is joules per second and this is given the name watt (W): 1 W = 1 J/s».
- ↑ Halliday, David; Resnick, Robert; Walker, Jearl (13 de agosto de 2013). 6. Power. «Fundamentals of Physics» [Fundamentos de Física]. books.google (en inglés estadounidense) (10.ª edición) (John Wiley & Sons). ISBN 9781118230718.
Bibliografía[editar]
- Ortega, Manuel R. (1989-2006). Lecciones de Física (4 volúmenes). Monytex. ISBN 84-404-4290-4, ISBN 84-398-9218-7, ISBN 84-398-9219-5, ISBN 84-604-4445-7.
- Resnick, Robert & Halliday, David (2004). Física 4ª. CECSA, México. ISBN 970-24-0257-3.
- Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (en inglés) (6ª edición). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.
- Tipler, Paul A. (2000). Física para la ciencia y la tecnología (2 volúmenes). Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4382-3.