[V932] Coeficiente de rozamiento

¿Qué usaban ustedes en la escuela?

[T904] Potencia y rendimiento

Si necesitamos que una grúa (a la que denominaremos “A”) realice un trabajo, por ejemplo cargar un contenedor en un barco, y no tenemos problemas en que lo termine en 4 horas o en 2 días, entonces el criterio para contratarla será únicamente económico. Pero ahora, si tenemos los tiempos acotados, entre otras cosas por los costos que nos cobran en el puerto por estadía, los costos que implica tener parado un camión para la descarga, y varios otros, entonces debemos cambiar de criterio y contratar a otra grúa (“B”) para que el mismo trabajo lo haga en el menor tiempo posible (sin descuidar la ecuación global de costos).

Al relacionar el trabajo efectuado y el tiempo empleado para llevarlo a cabo introdujimos el concepto de Potencia mecánica, pero si observáramos todo el proceso de carga completo para cada grúa (A o B) notaríamos que las mismas emplean distintos tiempos para cada etapa de la operación (lento al retirarlo del transporte, rápido en la aproximación al lugar donde lo depositará y muy lento finalmente al apoyarlo sobre la plataforma del buque). 

Por esto consideramos que la expresión de potencia nos indica la rapidez promedio con la que se efectuó el trabajo (recordemos que un planteo similar hacemos cuando hablamos de rapidez promedio de un coche que cubre -por ejemplo- el trayecto Buenos Aires – Rosario).

Si la fuerza que efectúa trabajo es constante y desplaza el cuerpo una distancia d en la misma dirección y sentido, se tiene que el trabajo es:

W = F . x

además, si consideramos que  x/t  mide el valor de la rapidez media del cuerpo, la potencia se puede escribir de la siguiente manera:

P = W / t  = F . x / t 

o sea, la potencia se puede medir mediante el producto de la rapidez media con la que realiza el trabajo, por la magnitud de la fuerza que actúa a lo largo de la dirección de la fuerza. Este producto nos representará la “Potencia media”. 

Utilizando la misma expresión, pero en un intervalo de tiempo muy corto, podemos arribar al concepto de “Potencia instantánea”, o sea haciendo un cálculo instantáneo (tiempo infinitesimal) en que conozcamos el valor de la fuerza que está trabajando y la velocidad instantánea que produce el desplazamiento.

[T903] Potencia mecánica

Comencemos por un ejemplo típico para presentar este tema: ¿cómo subimos las escaleras? De hecho hay muchas formas de subir las escaleras, pero vamos a concentrarnos en las siguientes:

* Subir a ritmo lento escalón por escalón

* Subir corriendo y pasando 2 escalones por vez

¿Cuál es la primer conclusión que podemos sacar? Que si subimos corriendo tardaremos menos tiempo.

Ahora bien, también podemos preguntarnos (una de las respuestas es la correcta):

           1)     El trabajo realizado para subir la escalera caminando o corriendo ¿es el mismo?

a.     Si, porque la distancia recorrida es la misma.

b.     No, porque notamos una fatiga mayor si subimos corriendo.

2)     El desgaste de energía en ambos casos, relacionado con el trabajo físico ¿es el mismo?

a.     Si, porque subimos la misma altura.

b.     No, porque no tiene nada que ver el trabajo mecánico realizado con el esfuerzo físico.

3)     La velocidad asociada en cada caso ¿es la misma?

a.     No, porque recorremos la misma distancia pero con distintos tiempos.

b.     Si, porque llegamos al mismo punto al final.

4)     Si subimos con una mochila cargada, el trabajo realizado ¿será el mismo?

a.     No, el trabajo realizado no es el mismo porque es distinto el peso.

b.     Si, el trabajo mecánico es el mismo, pero el esfuerzo es distinto.

Una vez que respondamos correctamente todas las preguntas anteriores podemos concluir que de todas las posibilidades que tenemos para las transformaciones físicas, no importa tanto la cantidad de trabajo que se realiza o cuánto varía la energía de un sistema, sino más bien, el tiempo implicado para ese cambio, o con qué velocidad ocurre.

Si ahora comparamos una máquina que efectúa el mismo trabajo que otra, podemos preguntarnos:

• ¿lo realiza en menor tiempo? Esto nos conduce al concepto de “Potencia mecánica”.
• ¿con menor o mayor consumo de combustible? Esto nos conduce al concepto de “Rendimiento mecánico”.