Es hora de analizar un concepto muy importante para la industria: la potencia eléctrica. La potencia eléctrica se define como el producto entre el voltaje y la intensidad de un circuito eléctrico. En otros términos, la potencia eléctrica es también la cantidad de energía disipada por unidad de tiempo.
Cálculo de potencia según el voltaje y la intensidad: Po = ΔV · I
Sí. Ya sabemos que es muy posible que hayas llegado a este artículo para resolver tus tareas de física y necesites un par de fórmulas que te ayuden a resolver complicados ejercicios. No te asustes, no todo es tan difícil como parece. Es por eso que nos metemos de lleno al estudio de estas ecuaciones matemáticas. ¡Veamos!
La primera definición dada de potencia eléctrica nos decía que:
\( Po=\Delta V\cdot I \) (Ecuación 1)
donde Po es la potencia buscada, ΔV es el voltaje[note]También llamado “diferencia de potencial” o “tensión eléctrica”[/note] e I es la intensidad del circuito.[note]La última definición presentada sale a partir de nociones muy básicas de energía que hablamos en otros artículos de nuestro portal. ¿Existirá una relación entre las cargas eléctricas de un circuito y la potencia eléctrica? ¡Por supuesto! Pero para poder entenderla mejor será necesario llegar al final de nuestro artículo.[/note]
Entonces, apliquemos un ejemplo concreto de la Ecuación 1.
1. ¿Cuál es la potencia eléctrica de un circuito que presenta una diferencia de potencial de 15 V y una intensidad de 2 amperios? Rta: Es muy sencilla la resolución.
Simplemente, utilicemos la Ecuación \( Po=\Delta V\cdot I \) :
\( Po=\Delta V\cdot I \)
\( Po=15V\cdot 2A \)
\( Po=30W \)
Recordemos que la potencia se mide en watts. Esta unidad (también llamada vatios, se simboliza con la letra W).
Cálculo de potencia según el voltaje y la intensidad: Po = I2 · R
Otra forma de calcular la potencia es aplicando la ecuación:
\( Po=I^{2}\cdot R \) (Ecuación 2)
…en donde Po es la potencia; I es la intensidad y R es la resistencia del circuito. Como vemos, esta ecuación establece una relación entre el amperaje del circuito y su resistencia. Comprenderemos mejor el tema aplicando un ejemplo:
2. ¿Cuál es la potencia de un circuito que presenta una intensidad de 3 A y una resistencia total de 43 ohmios? Rta: Para poder responder esta pregunta, simplemente utilizamos la ecuación 2: \( Po=I^{2}\cdot R \) . A continuación, reemplacemos los datos: \( Po=(3A)^{2}\cdot 43\Omega =387W \)
El conocimiento de las variables tratadas en este informe es fundamental para un buen estudio de los circuitos eléctricos.
se encuentran conectadas a una batería de 12 volt. Calculen la potencia a la que se disipa energía la resistencia. Rta: En este caso, debemos primero calcular la resistencia equivalente entre R1, R2 y R3. Si no recuerdas cómo hacerlo, te recomendamos leer el artículo al que accedes haciendo click aquí.
Como es un circuito en serie, la resistencia equivalente es igual a la suma de las tres resistencias: \( R_{eq}^{1,2}=R_1+R_2+R_3=10\Omega+20\Omega+30\Omega=60\Omega\) . Una vez calculada la resistencia equivalente, deberemos utilizar las ecuaciones indicadas en este artículo para hallar la potencia. No obstante, al observarlas, enseguida nos damos cuenta que no contamos con el valor de la intensidad del circuito, por lo que debemos hallarla primero. Para eso, apliquemos la ley de Ohm, la cual nos dice que:
\( \Delta V= I\cdot R \)
Como ΔV es 12 V y el valor de R es la resistencia equivalente que habíamos hallado antes, entonces podemos calcular el valor de I:
Ahora que tenemos la intensidad, utilizamos la Ecuación 1[note]\(Po=\Delta V\cdot I \) [/note] para hallar la potencia:
\( Po=\Delta V\cdot I=12V\cdot 0,2A=2,4W \)
¿Podríamos haber utilizado la Ecuación 2[note] \( Po=I^{2}\cdot R \) [/note]? ¡Claro! Porque contamos con todos los datos necesarios. ¿Y adivinen qué? El resultado de la potencia eléctrica será el mismo:
4. Una lamparita disipa energía a una potencia de 60W cuando está conectada a 220 V. Calculen su resistencia en esas condiciones y la corriente que circula por ella. Rta: En este caso, primero debemos hallar la intensidad del circuito utilizando la Ecuación 1[note] \( Po=\Delta V\cdot I \) [/note]:
Ésta es, justamente, la corriente que circula por la lamparita que se pide en el enunciado. Una vez hallada la intensidad, aplicamos la ley de Ohm para hallar la resistencia:
5. Si se conectan dos resistencias (una de 20 ohmios y la otra de 30 ohmios) a una bateria de 12V, ¿en qué caso disipará más calor: si están conectadas en serie o en paralelo? Rta: Para este caso, debemos separar en dos partes el ejercicio. Primero, realizarlo como si fuera un circuito en serie. Por otro lado, realizarlo como si fuera un circuito en paralelo. ¡Comencemos!
a) Si el circuito está en serie, la resistencia equivalente entre R1 y R2 es la suma de ambas resistencias; es decir, \( R_{eq}^{1,2}=R_1+R_2=20\Omega+30\Omega+30\Omega=50\Omega \) . Una vez calculada, aplicamos Ley de Ohm para obtener el valor de la intensidad:
Ahora, simplemente hallemos la potencia eléctrica:
\( Po=\Delta V\cdot I=12V\cdot 1A=12W \)
Como vemos, en el circuito en serie, la potencia eléctrica es 2,88W; en el circuito en paralelo, la potencia eléctrica es 12W. Esto significa que, en el circuito en paralelo, se disipará más calor.
Más información
El portal educ.ar presenta un interesante video de Oficios que te enseña cómo calcular la potencia eléctrica y el uso de multímetros para obtener valores relacionados con las variables de Ohm. Te dejamos la primera parte para que te sea útil en tu casa o en tus proyectos personales.
En este artículo analizaremos en profundidad la ley de Coulomb, que nos permite averiguar el valor numérico que adquiere la fuerza electrostática cuando dos cargas eléctricas están interactuando. En todos estos casos, calcularemos sólo la intensidad de la fuerza electrostática. Si llegaste a nosotros, seguro estarás intentando entender el tema y no sólo encontrar lo que puedes hallar en cualquier libro de física. Por eso, déjanos decirte que desde ensambledeideas.com , sabemos que puede ser un tema muy aburrido, pero intentaremos explicártelo de la manera más efectiva e interesante con el fin de que comprendas el tema.
Ante todo, veamos qué es esto de la fuerza electrostática. ¿Nunca intentaste realizar la típica experiencia de frotarte el pelo con una regla y, luego, intentar levantar pequeños papelitos, como se muestra en las imágenes? Podés leer algo al respecto en el artículo sobre electrización.
Una regla cargada previamente atrae los minúsculos papelitos que se encontraban con carga neutra total.
La fuerza electrostática es la que permite que los papelitos sean levantados por la regla, pues entre todas las cargas eléctricas aparece una fuerza atractiva o repulsiva que depende del signo de las cargas. Seguramente, esto te suena conocido porque tus profesores te han dicho que:
Dos cargas de signos opuestos se atraen.
Dos cargas de igual signo se repelen.
Historia de la Ley de Coulomb
Aquí vemos que entre dos cargas eléctricas SIEMPRE existen fuerzas electrostáticas que tienden a juntarlas (como el caso A) o a separarlas (como el caso B). ¿Podremos calcular numéricamente cuánto valen esas fuerzas? Sí. Y es algo bastante sencillo, pero antes veamos un poco la historia de los avances que se realizaron en el estudio de estas fuerzas electrostáticas:
En 1758, el físico Alessandro Volta fue uno de los primeros en estudiar y en poner en práctica la relación entre la fuerza electrostática y la distancia.
El inglés Joseph Prietsley propuso, en 1766, que la fuerza eléctrica disminuye con el cuadrado de la distancia.
Algunos años más tarde, fue Henry Cavendish indicó que las fuerzas no sólo dependen de la distancia, sino también de las cargas eléctricas.
En 1788, fue Charles Coulomb el que divulgó un modelo matemático que permitiera cuantificar la fuerza eléctrica (y, de hecho, logró medirla mediante una balanza ideada por él).
Charles Coulomb (1736-1806)
Veamos qué fue lo que engrandeció a Sr. Coulomb a lo largo de la historia:
¡Atención! ¡ALERTA DE TRABALENGUAS CIENTÍFICO! Siga leyendo bajo su responsabilidad.
La intensidad de la fuerza es directamente proporcional al producto de las cargas eléctricas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Charles Coulomb (1736-1806)
¡Espera! ¡¿Qué?! ¡Un poco más despacio, por favor!
Lo que nos está diciendo Coulomb es que la fuerza electrostática -ésa que dijimos que hacía levantar los pequeños papeles cortados cuando los acercábamos a una regla previamente cargada- no es siempre la misma para cualquier caso (¡obviamente!) sino que va a depender de varios factores. Esos factores son: las cargas eléctricas involucradas y la distancia que las separa. (¿Un poco más claro, verdad?). Veamos ahora esta frase en términos matemáticos (¡un poquito más de esfuerzo!):
¿Qué nos dice la Ley de Coulomb?
La Ley de Coulomb nos queda, entonces, expresada como:
\( F_e=k\cdot \frac{q_{1}\cdot q_{2}}{r^{2}}\)
donde F es la Fuerza Electrostática, q representa a las cargas y r la distancia que separa a las cargas. Falta algo muy importante para terminar de explicar este tema: ¿quién es k? Muy simple, k es una cosntante llamada constante de la Ley de Coulomb y es igual a: \( k=9\cdot 10^{9} \frac{N\cdot m^{2}}{C^{2}}\). Este valor NO CAMBIA nunca. Es el mismo siempre, sea cual sea el ejercicio que estés realizando, ¿entendido? Es decir, cada vez que veas k en un ejercicio, deberás reemplazarlo por ese valor.
¡Animémosnos ahora a hacer algunos ejercicios aplicando esta maravillosa ley!
En todos los casos, usa el valor de: \( k=9\cdot 10^{9} \frac{N\cdot m^{2}}{C^{2}}\)
Ejemplos de Ley de Coulomb paso por paso
Ejemplo 1 de Aplicación de Ley de Coulomb (para 2 cargas)
Un sistema está formado por dos cargas que se atraen, separadas entre sí por 0,3 m. Si los valores de las cargas son: \( q_{1}=2\cdot 10^{-6}C\) y \( q_{2}=1,6\cdot 10^{-7}C\) ¿Cuánto vale la fuerza electrostática \( F\)?
Ejemplo 2 de Aplicación de Ley de Coulomb (para 3 cargas en triángulo rectángulo)
Un sistema está formado por tres cargas eléctricas, dispuestas en un triángulo rectángulo como muestra la figura 1, separadas entre sí por distintas distancias exhibidas en el esquema. Si los valores de las cargas son: \( q_{1}=2\cdot 10^{-6}C\) , \( q_{2}=2\cdot 10^{-6}C\) y \( q_{3}=2\cdot 10^{-6}C\) ¿cuánto vale la fuerza electrostática neta F sobre la carga q1?
Fig. 1: Disposición de tres cargas en forma de triángulo rectángulo.
Vamos paso por paso:
Primero, identifiquemos que el ejercicio nos proporcione la distancias que hay entre la carga sobre la cual estamos analizando la fuerza neta (en este caso q1) y las otras dos cargas (q2 y q3). Como vemos, ya contamos con todas estas distancias. También tenemos los valores de todas las cargas, como corresponde.
Segundo, debemos calcular las fuerzas eléctricas que se experimentan entre q1 y q2 y entre q1 y q3. Recordemos que necesitamos la fuerza neta sobre q1, por lo que la fuerza eléctrica entre q2 y q3 no es importante para la resolución de este ejercicio.
Para poder hacerlo, usamos la Ley de Coulomb para obtener la fuerza eléctrica entre q1 y q2 utilizando los datos proporcionados.
Por último, aplicamos Pitágoras para evaluar el valor de la fuerza eléctrica.
¿Por qué tenemos que realizar Pitágoras para hallar la fuerza eléctrica resultante? Si te interesa saberlo, no dudes en expandir esta sección para que te demostremos por qué. [expand] Sucede que la fuerza eléctrica entre la primera y la segunda carga es un vector que tiene dirección horizontal, sentido hacia la izquierda. Por otro lado, el vector de fuerza eléctrica entre la primera y tercera carga tiene dirección vertical y sentido hacia la derecha.
Aplicando lo aprendido en “¿Cómo sumar fuerzas concurrentes?”, sabemos que para hallar el vector resultante de ambas fuerzas eléctricas debemos pensar que dicho vector es la hipotenusa de un triángulo rectángulo cuyos catetos son, justamente, las fuerzas eléctricas calculadas previamente. [/expand]
Sabiendo que \(F_{e_{q_{1},q_{2}}}=40N\) y que \(F_{e_{q_{1},q_{3}}}=22,5N\), planteamos Pitágoras:
Dos cargas de igual magnitud (unos 3,4C) están separadas entre sí por 4,4m. ¿Cuál es la fuerza eléctrica experimentada por cada carga? Conoce la respuesta expandiendo aquí. [expand] Rta: \( 5,3\cdot 10^{9}N\) [/expand]
Una carga de 2.10² C y otra carga de 2,6.10³C están separadas por una distancia desconocida. Si la fuerza que experimentan es de 3,6.10³ N, ¿cuál es esa distancia? Conoce la respuesta expandiendo aquí. [expand] Rta: \( 1,14\cdot 10^{6}N\) [/expand]
Las cargas \( q_{2}=2\cdot 10^{-6}C\) y \( q_{3}=2\cdot 10^{-6}C\) de la Figura 2 se encuentran separadas ahora por una distancia de 0,8m cada una respecto de \( q_{1}=2\cdot 10^{-6}C\). ¿Cuál será la fuerza eléctrica total neta sobre \(q_{1}\) en esta situación? Conoce la respuesta expandiendo aquí. [expand] Rta: \( 7,9N\) [/expand]
En este artículo, hablaremos sobre la electrostática y los dos tipos de electrización que existen: la electrización por fricción o frotamiento y la electrización por inducción, lo que nos permite explicar temas tan interesantes como los rayos. Anímate a continuar leyendo y a entender estos geniales conceptos de la física.
Electrostática
La electrostática es la parte de la física que estudia las cargas eléctricas en equilibrio o reposo. Cerca del año 600 a.C., los griegos ya se habían dado cuenta de que cuando se frota un trozo de ámbar (una piedra) con un trozo de lana, el ámbar atraía pequeños trozos de papel. El nombre que recibía el ámbar en la antigua Grecia era “electrón”, por lo que nombraron así a la atracción que experimentaban.
Esto demuestra que la electrostática (o electricidad estática) era bien conocida desde hace muchísimos años, pero el conocimiento quedó estancado durante casi dos mil años, pues recién en el Siglo XVIII los fenómenos relacionados con la electricidad y la electrostática comenzaron a estudiarse, en especial por Benjamin Franklin y otros sujetos.
Electrización por fricción
Cuando muchos átomos de un objeto ganan o pierden electrones (partículas negativas que orbitan alrededor del núcleo atómico), el objeto queda cargado eléctricamente.
Por ejemplo, si un objeto gana electrones, el mismo quedará cargado negativamente. Caso contrario ocurrirá si el objeto pierde electrones: el mismo quedará cargado positivamente (debido a que habrá mayor cantidad de protones que de electrones).
Lo que ocurría en la experiencia del ámbar y el trozo de lana es que, al frotar uno con otro, se produce una transferencia de electrones entre ellos. A esta transferencia de electrones desde un objeto a otro por frotamiento se llama electrización por fricción.
Los materiales que al frotarlos se cargan negativamente se clasifican como plásticos y los que se cargan positivamente se clasifican como vítreos.
Electrización por inducción
Existen otros tipos de electrización, como la electrización por inducción, según la cual ocurre un proceso muy interesante. Al acercar una varilla previamente cargada (con carga negativa) a una esfera de metal neutra, las cargas de dicha esfera se redistribuyen. Así, las cargas negativas de la esfera se “alejan” lo más posible de la varilla (puesto que dos cargas iguales tienden a alejarse unas de otras).
Otro ejemplo sucede en el típico experimento en el que una regla de plástico es frotada contra el cabello de una persona y se carga eléctricamente. Luego, se acerca dicha regla a pedacitos de papel y estos se ven atraídos hacia la regla. Unos segundos más tarde, los papelitos se despegan pues disminuye la fuerza electrostática al pasar las cargas eléctricas de la regla a los papelitos.
Electrización por inducción.
El electroscopio
El electroscopio es un aparato que se utiliza para poner en evidencia las cargas eléctricas. Este aparato consiste en una varilla metálica que termina en su parte superior en una esfera de metal y cuyo extremo inferior está unido a dos láminas de oro (o aluminio) sumamente finas.
Estas láminas están contenidas en una botella de vidrio herméticamente cerrada. Si la esfera del electroscopio se pone en contacto con una varilla de vidrio cargada, se verá que las láminas de metal se separan.
Este efecto es producto de que las cargas de la barra de vidrio han pasado a través de la varilla hacia las láminas y generan repulsión entre ellas.
Electroscopio de laboratorio escolar.
Los rayos
Completa:
En la formación de rayos, ocurren fenómenos de electrización. En particular, entre las nubes ocurre una electrización por fricción debido a que las nubes rozan entre sí. Consecuentemente, las nubes se cargan con carga negativa. En el suelo, originalmente el piso se encontraba neutro.
Sin embargo, ocurre una electrización por inducción debido a que el cielo presenta carga negativa. Esto hace que las cargas negativas del suelo se alejen de las nubes por presentar misma carga eléctrica. Las cargas positivas de la tierra quedan acumuladas tanto en la parte superior del suelo como en las partes más altas, por ejemplo edificios o árboles.
Es por ello que, ahora, se genera un rayo debido a que las cargas eléctricas se sienten atraídas entre sí.
Formación de rayos.
¡Experimentemos con la electrización!
Un sencillo experimento nos muestra que la electrización puede ser mágica. Es hora de ¡doblar las aguas! No es lo mismo que separar las aguas, pero puede llegar a asombrar a los más pequeños. Utilicemos conceptos de electrostática para poder entenderlo. ¡Comencemos!
Hipótesis:
La trayectoria de un chorro de agua de carácter laminar se verá afectado por la presencia de cargas eléctricas cercanas.
Introducción
La molécula de agua presenta uniones químicas covalentes, debida a la diferente electronegatividad que tienen los átomos de hidrógeno y oxígeno que la componen. Las moléculas de agua no son simétricas. Si bien las moléculas de agua son neutras, debido a que las cargas no están distribuidas uniformemente, se presenta la particular asimetría. Sus átomos (dos hidrógenos y un oxígeno) están dispuestas de una manera específica en el espacio, tal como muestra la figura 1, haciendo que presente una pronunciada polaridad. En un campo eléctrico, las moléculas tienden a orientarse en el espacio dependiendo de las cargas. Cuando dos cargas opuestas se aproximan, se atraen.
Fig. 1:Modelo de una molécula de agua, donde se evidencia la polaridad de la misma.
Materiales:
Una canilla con agua corriente.
Una regla de plástico.
Paño de seda.
Procedimiento y Resultados:
Electrizar por frotamiento (contra el cabello o un paño de seda) una regla de plástico, haciéndola frotar varias veces.
Abrir la canilla de agua corriente hasta que salga un chorro de carácter laminar (es decir, que no sea turbulento).
Acercar la regla cargada negativamente por electrización al chorro de agua laminar y observar lo que sucede.
Conclusión
La hipótesis es cierta: el chorro de agua laminar se inclina levemente hacia la regla. Esto sucede debido a que existe una atracción electrostática entre las moléculas de agua y los electrones de la regla cargada negativamente por electrización, lo que hace que se modifique la trayectoria del agua. Cuando se acerca un objeto cargado al chorro de agua, las moléculas (claramente polares) se orientan y el objeto cargado negativamente atrae al extremo de las moléculas de agua que tienen signo contrario. Esto resulta en que el chorro se desvíe.
¡Parece magia!
Si te gustó nuestro experimento de electrización, compártelo. Visita nuestro canal de YouTube, allí encontrarás cientos de tutoriales que te sorprenderán sobre estos temas.
En artículos anteriores de Ensamble de Ideas, hemos visto que la energía no se crea ni se destruye. La primera ley de la termodinámica nos afirmaba que la energía, esa capacidad de poder realizar un trabajo, podía transformarse de un tipo a otro, así como a partir de la energía del viento, que llamábamos energía eólica, podíamos obtener energía eléctrica. Esto es válido en todos los ámbitos y decimos que la energía se conserva.
La energía es la capacidad que tiene un sistema de producir un trabajo, esto es, la capacidad que presenta de realizar algún tipo de cambio en un sistema, ya sea físico o químico. En otras palabras, todo cambio requiere de energía para que suceda.
¿Sabes de dónde proviene la energía que utilizas en este momento para leer y comprender este texto? Continúa leyendo para enterarte de todo esto y más, pues analizaremos un caso práctico de conservación de la energía mecánica en una montaña rusa.
La conservación de la energía en la vida cotidiana.
Conservación de energía en la naturaleza
La energía que utilizas día a día en tu vida cotidiana proviene, sin duda, de los alimentos que has ingerido en las últimas horas. Por ejemplo, un almuerzo puede estar constituido por un bife de carne vacuna y algunas verduras frescas que has puesto en tu ensalada. Esos alimentos tienen, en las moléculas que lo conforman, energía química acumulada en sus enlaces. Esa energía es la que tú utilizas al leer esto, o bien al jugar un partido de fútbol o al correr el bus que te lleva a la escuela, universidad o trabajo. ¿Esa energía siempre estuvo ahí? Seguro que estás adivinando la respuesta: claro que no. (Y claro, te lo habíamos adelantado al principio de este tedioso texto.)
Es evidente que la energía presente en el animal, como la vaca o cerdo, ha provenido de los alimentos que consumió. Por ejemplo, la vaca, herbívora, ha conseguido su energía del vegetal consumido. ¿Y éste? Por fotosíntesis, ha transformado la energía lumínica proveniente del Sol en energía química. La energía lumínica se produce en el Sol por reacciones nucleares en su interior. Como vemos, todo esto es un claro ejemplo de cómo se conserva la energía.
¿De dónde proviene la energía del Sol en su interior? Te recomendamos la lectura de nuestro artículo sobre el ciclo protón-protón.
Entonces, la energía que utilizamos para bailar en un boliche, ¿proviene indirectamente del Sol? ¡Correcto! La energía siempre se conserva. ¿Puedes imaginarte qué transformaciones de la energía ocurren durante el funcionamiento de una licuadora?
La energía eléctrica que utiliza el aparato proviene de centrales eléctricas, que pueden obtener energía a partir de la energía hidráulica (como en una central hidroeléctrica), de energía eólica (como en una planta eólica), de la energía de combustibles fósiles (como las centrales térmicas), de la energía nuclear (como en una central nuclear), de la energía solar, etc. Esta energía eléctrica es transformada en otros tipos de energía, tal como la energía cinética con la que se licúan nuestros alimentos.
¿Toda la energía eléctrica es transformada en energía cinética en una licuadora? Claro que no. Lamentablemente, la eficiencia de los artefactos eléctricos no es del 100%, sino que una considerable parte de la energía se disipa en forma de calor al ambiente. Muchas veces, como en nuestra licuadora, una parte de la energía eléctrica también puede transformarse en energía sonora. ¡Otro gran ejemplo de transformación de la energía! Así vemos cómo se cumple, nuevamente, la primera ley de la termodinámica.
La conservación de la energía en una montaña rusa.
Sin ir más lejos, en el día a día encontramos múltiples ejemplos de la energía y su conservación. Analicemos un último caso más.
Ante todo, recordemos algunos conceptos físicos importantes: cuando un objeto se encuentra a cierta altura, presenta energía potencial gravitatoria (\( E_{p_g}\)). Por otro lado, si un objeto se encuentra en movimiento, presenta energía cinética (\( E_c \) ). La suma de energía potencial más energía cinética es llamada energía mecánica. En conclusión, \( E_m=E_{p_g}+E_c \) .
Ejemplo de la montaña rusa.
Ahora, imaginemos una montaña rusa. En el punto más alto, antes de que se inicie la vertiginosa caída (punto al que llamaremos “A”), el carrito presenta energía potencial gravitatoria máxima, sin energía cinética pues se encuentra quieto. Según lo expresado en el párrafo anterior, la energía mecánica del carrito en “A” es igual, en este caso, a la energía potencial gravitatoria, pues la energía cinética en “A” es cero. A medida que el carrito caiga, la energía potencial disminuye (pues disminuye la altura) y la energía cinética aumenta (pues la velocidad va aumentando). Llamaremos “B” a algún punto que se encuentre entre “A” y el punto más bajo de la trayectoria.
Sin embargo, la suma de ambas energías, que es igual a la energía mecánica, se conserva en todo momento. Es decir, la energía mecánica se conserva (¡y en todo punto de la trayectoria!). Al llegar al punto más bajo, que llamaremos “C”, observamos que la energía cinética es máxima y la energía potencial gravitatoria es nula.
La suma de ambas, claro está, es la energía mecánica y vale lo mismo que en “A” y en “B”. Cuando el carrito siga su recorrido, podrá volver a alcanzar el punto más alto, pero no podrá superarlo, pues el carrito no tendrá la suficiente energía mecánica para hacerlo. Esto es válido si consideramos una montaña rusa ideal, en la que hipotéticamente no exista rozamiento entre el carrito y el riel, así como entre el carrito y el aire.
En los casos reales, parte de la energía mecánica se disipa en forma de calor al ambiente. Esto último no significa que “se pierda” energía. La energía total, la mecánica más la disipada en forma de calor -o algún otro tipo de energía como sonora o lumínica-, será constante, ¡siempre! Es decir, la conservación de la EM (Energía Mecánica)se cumplirá en cualquier situación, como establece la Primera Ley de la Termodinámica.
¿Cómo hacer ejercicios de CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA?
Para realizar un ejercicio de física sobre CONSERVACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA, debemos tener en cuenta algunas cosas:
Conceptos principales sobre CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
Analicemos teóricamente, en forma de conclsusión, los principios básicos de la conservación de la EM:
(I) La energía mecánica (\( E_m \) ) es igual a la suma de energía potencial gravitatoria (\( E_{p_g} \)) más la energía cinética ( \( E_c \) ). Es decir: \( E_m = E_{p_g}+E_c) \) .
(II) La energía mecánica se conserva SÓLO si no hay fuerzas de rozamiento actuando, tales como la fuerza del rozamiento con el aire o con el piso.
(III) Consideraremos el valor de la fuerza de gravedad en la Tierra como \( \left | g \right |=10 \frac{m}{s^{2}}\) (sólo para hacer más fáciles las cuentas). En caso de que tú lo hagas con el valor de \( \left | g \right |=9,8 \frac{m}{s^{2}} \), el procedimiento es el mismo. Sólo cambia el valor de \( \left | g \right | \) por el que tú tomes. De acuerdo con esto, si estamos hablando de un ejercicio que considera que estamos en la Luna, por ejemplo, el valor de \( \left | g \right | \) corresponderá a \( 1,6 \frac{m}{s^{2}} \) .
(IV) La teoría relacionada con la conservación de energía mecánica nos dice que \(\Delta E_m=0 \).
¿Qué significa esto? Que la energía mecánica final siempre es igual a a la energía mecánica inicial. En otras palabras, ¡La energía mecánica se conserva siempre en todo el movimiento! Presten mucha atención a esta frase, pues será de gran utilidad.
Una vez que tuvimos en cuenta esas pequeñas aclaraciones, es hora de realizar algunos ejercicios:
Ejercicios Prácticos de Conservación de la Energía Mecánica
Ejemplo 1
1. ¿Con qué velocidad toca el suelo una pelota que se deja caer desde 20m de altura?
Típico ejercicio de examen. Para resolverlo, consideraremos que no hay fuerzas de rozamiento con el aire durante la caída.
Veamos la siguiente representación de lo que expresa el enunciado:
En el punto más alto, la pelota se deja caer. Es importante aclarar que “se deja caer” es equivalente a decir que la velocidad inicial de la pelota es 0, es decir: \( v_i=0\) . En ese punto, la energía mecánica estará dada por:
\( E_{m_i}=E_{p_g}+E_c \)
Como \( E_{p_g}=m\cdot g\cdot h \) y \( E_c=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^2 \) , entonces:
\( \left | v \right |=\sqrt{\frac{10\frac{m}{s^{2}}\cdot 20m}{\frac{1}{2}}}=20\frac{m}{s} \)
¡Y listo!
Ejemplo 2
2. Dada la siguiente situación de un carrito de 8kg:
El estudio de la conservación de la energía es importantísimo para comprender los cambios experimentados en una montaña rusa, tanto ideal como real.
Datos: Masa del carrito = 8 kg. X (estiramiento del resorte) = 0,81 metros. K (constante de elasticidad) = 10,2 N/m
Calcular:
La energía potencial elástica del carrito en el punto A.
La energía cinética del carrito cuando éste está quieto (v=0 m/s)
Calcular la energía potencial gravitatoria del carrito en el punto A y en el punto B.
Calcular la energía mecánica del carrito en el punto A. Tener en cuenta que la velocidad en el punto A es 0 m/s.
Calcular la energía mecánica del carrito en el punto B.
1. a) La energía potencial elástica del carrito (\( E_{p_{e}} \)) en el punto A viene dada por la expresión: \( E_{p_{e}}=\frac{1}{2}\cdot k\cdot X^{2}\), siendo k la constante elástica del resorte (k=10,2 N/m) y X, el estiramiento del resorte (X=0,81m). Reemplazando los valores:
b) La energía cinética (\( E_{c} \)) del carrito en cualquier punto viene dada por la expresión \( E_{c}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^{2}\), siendo m la masa del cuerpo y v, la velocidad. Como el cuerpo, según el enunciado, está quieto, entonces la energía cinética vale 0J.
c) La energía potencial gravitatoria (\( E_{p_{g}} \)) del carrito en cualquier punto viene dada por la expresión \( E_{p_{g}}=m\cdot g \cdot h\), donde m es la masa del cuerpo, g es la aceleración de la gravedad (\( g=9,8\frac{m}{s^{2}}\) y h es la altura del cuerpo. Según el enunciado, la masa del cuerpo es de 8kg.
En el punto A, la altura es de 20m, por lo que la energía potencial gravitatoria será:
Mientras que en el punto B, en donde la altura es 0m, la energía potencial gravitatoria será de 0J, puesto que no hay altura.
d) La expresión de la energía mecánica es: \( E_{m}= E_{p_{g}} + E_{c} + E_{p_{e}} = m\cdot g \cdot h + \frac{1}{2}\cdot m\cdot v^{2} + \frac{1}{2}\cdot k\cdot X^{2} \). Sabiendo que, en el punto A, la altura es de 20m y la velocidad del carrito es de 0 m/s, entonces:
Este valor también podría haber sido hallado sumando los resultados obtenidos en los puntos anteriores.
e) La energía mecánica se conserva en toda la trayectoria, por lo que la energía mecánica en B será igual a la energía mecánica en A: \( E_{m_{B}}= 1571,35J\)
Actividades
En todos los casos se considerará que los fenómenos detallados ocurren en cercanías de la Tierra, a menos que se exprese otra cosa. Se considerará que la aceleración de la gravedad es de g=9,8 m/s². Los resultados pueden variar ligeramente respecto de los tuyos teniendo en cuenta el valor de g utilizado o el redondeo que hayas hecho en cada paso.
¿Qué es la energía potencial gravitatoria?
Un cuerpo de 65 kg se encuentra a una altura de 45m y luego asciende 25m. ¿En qué punto tiene el cuerpo mayor energía potencial?
¿Qué diferencia existe entre peso y masa? Definir cada término.
¿Cuál es el peso de un objeto en la Tierra cuya masa es de 5kg? Rta: 49N
Un alumno tiene una masa de 65kg. ¿Cuánto vale su peso? Rta: 637N
Si el alumno anterior se fuera a la Luna, ¿cuánto pesaría allí si la gravedad lunar es de 1,6 m/s2? Rta: 104 N
El alumno anterior, que ya está cansado de viajar a través del espacio, se va a Marte y descubre que pesa 241,15 N. ¿Cuánto vale la gravedad allí? Rta: g=3,71 m/s2.
Un objeto pesa en la Tierra unos 130 N. ¿Cuánto vale su masa? Rta: 13,27kg
Una bolsa de compras que tiene 1kg de papas adentro se encuentra colocada en un costado del supermercado. a) ¿Cuánto pesa la bolsa de papas? b) ¿Cuánto vale su energía potencial? Rta: a) 9,8N; b) 0J
Y si la bolsa que avanza por un camino es levantada a una altura de 1,5 m… Calcular: La energía potencial de la bolsa a esa altura. Rta: 14,7J
¿Cuánto vale la energía potencial de un objeto de 34kg ubicado en la terraza de un edificio de 49 m de altura? Rta: 16 326J
El peso de una bola es de 5N. Se está por tirar desde un puente a 30 m de altura. Calcular su energía potencial. Rta: 150J
La energía potencial de una pelota a 36 metros de altura es de 720J. ¿Cuál es su masa? Rta: 2,04kg.
Un cuerpo de 3,5kg de masa tiene una energía potencial gravitatoria de 112J. ¿A qué altura se encuentra? Rta: 3,26m
¿Qué es la energía cinética? ¿Qué fórmula se usa para calcularla?
¿Qué es la energía mecánica?
Pasar de m/s a km/h o viceversa según corresponda: a) 12m/s a km/h; b) 72km/h a m/s; c) 25,6m/s a km/h; d) 23m/s a km/h; e) 340km/h a m/s.Rta: a) 43,2 km/h; b) 20 m/s; c) 92,16km/h; d) 82,8 km/h; e) 94,44 m/s
¿Cuál es la energía cinética de un móvil que circula a 20m/s y tiene una masa de 500kg? Rta: 100.000J
¿Cuál es la energía cinética de un móvil que circula a 25km/h y tiene una masa de 500kg? Rta: 12.040,9J
¿Cuál es la energía cinética de un pájaro que circula a 25km/h y tiene una masa de 1000g? Rta: 24,11J
¿Cuál es la masa de un objeto que se mueve a razón de 3m/s y su energía cinética es de 11,25J? Rta: 2,5kg.
¿Cuál es la velocidad de un objeto que circula con una energía cinética de 54J y tiene una masa de 3kg? Rta: 6m/s.
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto de 3kg que se mueve a 2m/s y se encuentra a una altura de 10m? Rta:300J
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto de 2kg que se mueve a 5m/s y se encuentra a una altura de 2m? Rta:64,2J
¿Cuál es la energía mecánica de un objeto que pesa 20N, se mueve a 5m/s y se encuentra a una altura de 2m? Rta:65,5J.
¿Cuál es la energía mecánica del móvil del ejercicio 14? Rta: Su energía mecánica vale lo mismo que su energía potencial porque no se encuentra en movimiento. Es, entonces, 112J.
Screenshot del Applet del PhET Colorado sobre Energía Mecánica.
Con el cursor, envía a nuestro patinador hacia la cima de la rampa de patinaje.
Suéltalo y asegúrate de tener activadas la casilla de “Gráfico de Barras”, para que tu pantalla quede como se muestra a continuación:
A medida que cae, observarás que, en el gráfico de barras, se producen modificaciones. ¿Qué variables van cambiando? ¿Cómo lo hacen? Describir el cambio observado. ¿Cuál se mantiene constante?
¿Cuál es la variable que alcanza su máximo valor cuando nuestro querido patinador toca el suelo? ¿Qué valor tienen, en ese momento, las otras variables?
¿Cuál es la variable que alcanza su máximo valor cuando nuestro valiente patinador alcanza los puntos más altos de la rampa? ¿Qué valor tienen, en ese momento, las otras variables?
Modifica la masa del patinador. ¿Qué sucede con la energía total cuando la colocamos en “pequeña” y en “grande”?
En la vida cotidiana, encontramos múltiples ejemplos de circuitos eléctricos. La computadora, la tablet o el teléfono en el que estás leyendo esto posee un circuito eléctrico en su interior. Una casa o una escuela es un gran circuito eléctrico, formado por diferentes artefactos, como computadoras, lámparas, proyectores, etc.
La mayoría de los circuitos eléctricos están formados por varios dispositivos que utilizan la energía provista por la fuente, que puede ser una pila, una batería, entre otros. Si quisiéramos dibujar estos circuitos, deberíamos hacerlo de una manera en que todos lo comprendan. Por ello, existen símbolos que representan los diferentes artefactos que podemos hallar en dichos circuitos.
Simbología de los Circuitos Eléctricos
Simbología de Circuitos Eléctricos. (C) 2019. Ensamble de Ideas.
De esta forma, podemos dibujar grandes circuitos eléctricos con sólo utilizar estos símbolos. El conductor puede ser, por ejemplo, un cable que une la fuente con alguna bombilla o lamparita para encenderla. O bien, podemos dibujar mediante símbolos un circuito eléctrico en el que una fuente le proporcione la energía para que tres resistencias funcionen correctamente.
¿Resistencias? ¿Qué es eso? Las resistencias pueden ser artefactos, tales como un ventilador, un microondas o una impresora. Son dispositivos que impiden, en cierto grado, el paso de la corriente eléctrica. Las resistencias, por su parte, suelen simbolizarse con líneas en zigzag.
La ley de Ohm
Es importante ahora hablar de los tipos de circuitos eléctricos, pues presentan características particulares que los hacen útiles para diferentes fines.
Para comenzar a hablar sobre los tipos de circuitos, es necesario identificar tres variables fundamentales descriptas en la llamada Ley de Ohm, que veremos más adelante.
-La intensidad: definida como la cantidad de cargas eléctricas que pasan por un cable por unidad de tiempo. -La diferencia de potencial: también llamado voltaje, es la energía necesaria para llevar cada carga eléctrica de un punto a otro del circuito. Se debe a la diferencia de electrones que hay entre un punto y otro del circuito o entre dos cuerpos. -La resistencia: es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Si dos cuerpos no tienen igual resistencia eléctrica, se dice que uno tiene mayor resistividad eléctrica que el otro.
Definición de Corriente Eléctrica o Intensidad
En un circuito eléctrico, en Física, se denomina intensidad a la cantidad de cargas eléctricas que pasan por dicho circuito por unidad de tiempo.
En otras palabras, la corriente eléctrica es el flujo de carga eléctrica que circula por un conductor. En condiciones estacionarias, la corriente que circula por el material conductor es igual al cociente entre la cantidad de cargas que pasan por unidad de tiempo. ¿Cómo? ¿Qué significa todo eso? Es muy sencillo, estamos diciendo que:
\( I=\frac{q}{t}\)
El cálculo de Intensidad es fundamental para el estudio de la electricidad.
…donde notamos I a la intensidad (o corriente eléctrica). A veces, muchas personas la llaman amperaje, pero no es un nombre que usaremos usualmente en Ensamble De Ideas; notamos q a la cantidad de cargas eléctricas y t al intervalo de tiempo.
Unidades de la Intensidad
Como sabes, en física todo requiere de unidades (¡Uf! ¿Otra vez? Y sí…). La carga eléctrica se mide en una unidad llamada coulomb (C) en honor al físico, ingeniero y matemático francés Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806). El tiempo, claro está, se mide en segundos (s). La intensidad, por su parte, se medirá en ampères (A), en honor al científico francés André Marie Ampère, que vivió entre 1775 y 1836). Es decir:
\( A=\frac{C}{s} \)
Veamos algunos ejemplos de cómo utilizar esta relación:
Ejemplos de cálculo de Intensidad
Ejemplo 1
¿Cuál es la intensidad de un circuito eléctrico en el que pasan 3,4 C por cada 4 segundos?
Es muy sencillo resolver esto. Gracias a las unidades, podemos darnos cuenta de cuánto vale Q y cuánto vale t. De esta manera, realizamos el cociente \( I=\frac{Q}{t}\)para obtener el valor de la corriente:
\( I=\frac{q}{t}\)
Dado que \( q=3,4C\)y \( t=4 s \) , entonces:
\( I=\frac{3,4 C}{4 s} [latex]
[latex] I=0,85 A \)
¡Y listo!
Ejemplo 2
¿Cuántas cargas pasan por un conductor eléctrico cada 34 segundos, sabiendo que I=5A?
Aquí vemos que t = 34 s y que la corriente vale 5A. Por ello:
\( I=\frac{q}{t}\) \( 5A=\frac{q}{34 s} \)
Despejo q:
\( q=I\cdot t \) \( q=5A\cdot 34s \) \( 170C \)
TIPOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Circuitos en serie
Un arbolito de Navidad es un típico ejemplo de circuito en serie. En él, si se rompe una lamparita, la corriente es incapaz de completar el circuito y, por ello, todo el circuito deja de funcionar. Asimismo, cuanto más lamparitas agreguemos al circuito (o más resistencias, en general), menor será la luminiscencia de esas lamparitas. Lo que sucede es que todos los elementos del circuito están conectados por un único conductor, como si fuesen vagones de un tren, y todos los elementos de un circuito en serie tienen la misma intensidad. Matemáticamente:
\( I_{total}=I_1=I_2=I_3…\) (Todos los elementos tienen la misma intensidad.)
Un ejemplo de circuito en serie.
Por otro lado, el voltaje total (o diferencia de potencial, o tensión eléctrica -¡Uf! ¡Cuántos nombres para una misma magnitud!-) de los elementos es la suma de cada uno de los voltajes en cada elemento del circuito. Es decir:
\( V_{total}=V_1+V_2+V_3+…\) (El voltaje total es la suma de cada voltaje de cada elemento del circuito.)
Finalmente, la resistencia total del circuito en serie es la suma de las resistencias de cada receptor; es decir:
\( R_{total}=R_1+R_2+R_3+…\) (La resistencia total -también llamada resistencia equivalente– es la suma de cada resistencia del circuito.)
2. Circuitos en paralelo
El circuito eléctrico de un hogar es un claro ejemplo de circuito en paralelo. Todos los elementos del circuito no están conectados por un único conductor, como si fuesen eslabones de una cadena, sino que tienen conectadas sus entradas a un mismo punto del circuito y sus salidas a otro mismo punto del circuito eléctrico.
Estos puntos son llamados nodos. Si una resistencia deja de funcionar, la corriente eléctrica tiene otros caminos por donde seguir su curso y completar el circuito, por lo que dicho circuito seguirá funcionando normalmente. ¿Genial, verdad? Otra cosa importante: no importa la cantidad de lamparitas que tenga el circuito, la luminiscencia de esas lamparitas será máxima para todas. Veamos otras características:
Circuito en Paralelo. En violeta, se encuentran marcados los NODOS del circuito.
\( V_{total}=V_1=V_2=V_3=…\) (El voltaje total es el mismo en cada elemento del circuito.)
Todos los elementos de un circuito en paralelo tienen la misma diferencia de potencial (es decir, mismo voltaje). Matemáticamente:
Por otro lado, la intensidad total es la suma de cada intensidad de cada elemento del circuito.)
\( I_{total}=I_1+I_2+I_3…\) (La intensidad total es la suma de cada intensidad.)
Finalmente, la resistencia total del circuito en serie es la suma de las resistencias de cada receptor; es decir:
\( \frac{1}{R_t}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+…\) (La recíproca de la resistencia total -también llamada resistencia equivalente– es igual a la suma de las recíprocas de cada resistencia involucrada en el circuito. ¡Relee esta oración cuantas veces lo necesites, prestando mucha atención a la fórmula!).
Con el fin de favorecer el cálculo de las resistencias equivalentes en los circuitos en paralelo, también es útil presentar la siguiente forma de calcularlas:
Cálculo de la Resistencia Equivalente o Total en un Circuito en Paralelo.
¿Qué ventajas y desventajas ves en un circuito en serie y uno en paralelo?
Ejercicios resueltos de Circuitos en Paralelo.
Ejemplo 1
Se tiene un circuito eléctrico en paralelo de tres resistencias cuyos valores son \( R_{1}=10\Omega; R_{2}=15\Omega; R_{3}=5\Omega\). Si el voltaje vale 25V, ¿cuánto vale la intensidad?
Paso 1. Calculamos la resistencia total:
Paso 2. Aplicamos Ley de Ohm:
Ejemplo 2
Se tiene un circuito en paralelo de cinco resistencias cuyos valores son \( R_{1}=12\Omega; R_{2}=24\Omega; R_{3}=6\Omega; R_{4}=32\Omega; R_{5}=4\Omega\). Si el voltaje vale 40V, ¿cuánto vale la intensidad?
Paso 1. Calculamos la resistencia total:
Paso 2. Aplicamos Ley de Ohm:
Mesografía Sugerida
Más ejemplos en video.
Te recomendamos ver nuestro video sobre cómo resolver circuitos en serie y en paralelo, disponible en nuestro canal de YouTube. ¡Suscríbete para más información!
En el portal del PhET Colorado, podrás encontrar una sencilla aplicación de la corriente eléctrica y su relación con las variables de Ohm, disponible en https://phet.colorado.edu/es/simulation/ohms-law.
El silicio y el germanio son dos sustancias que, como algunas otras, tienen valores de resistividad intermedios entre los de los metales (que son muy buenos conductores de la electricidad) y los no metales (que funcionan como aislantes). Son llamados semiconductores, pues a bajas temperaturas se comportan como aislantes y, cuando aumenta la temperatura, se comportan como conductores. ¿Por qué se comportan de esta manera? La explicación es muy sencilla y ENSAMBLE DE IDEAS te trae, en este artículo, la respuesta a esta interrogante.
En estado puro, el germanio, por ejemplo, forma un cristal en el cual cada átomo se encuentra ligado a otros cuatro átomos, como se puede ver en la siguiente imagen:
Al tener cuatro electrones en su última capa, estos forman cuatro enlaces covalentes muy fuertes con electrones de los átomos vecinos de la red cristalina a cual pertenecen. De esta forma, cumplen la regla del octeto, alcanzando una estructura estable. Sucede que, al no tener electrones libres, el germanio (al igual que otros materiales semiconductores donde la explicación es similar) es un mal conductor de la electricidad. Al aumentarle la temperatura (es decir, al proporcionarle energía al cristal), algunos electrones menos ligados que otros pueden desligarse, quienes hacen que el material se vuelva conductor. Cuando el electrón abandona su átomo, deja en éste un hueco que se puede considerar como una carga positiva dentro de la red cristalina.
Cuando se conecta una fuente eléctrica al material, los electrones y los huecos se mueven en direcciones opuestas: un hueco puede ser ocupado por otro electrón que se encontraba libre, dejando un hueco atrás. Se crea, de esta manera, una corriente de huecos de sentido contrario a la corriente de electrones. Así, el material muestra una conducción intrínseca debida a los portadores de carga (electrones libres y huecos) que se han creado dentro del semiconductor.
¡Más despacio, Sr. Ideas! Imaginemos que nos encontramos en la red de la figura siguiente, en el número 1. El círculo rojo representa un hueco y los azules representan electrones en movimiento. Si los azules se mueven de derecha a izquierda, entonces el hueco rojo dejará de estar en el lugar que estaba antes. De esta manera, el rojo parecerá que se mueve de izquierda a derecha.
En el gráfico 1, vemos que en la fila 1 hallamos un hueco. Ese hueco será ocupado por un electrón que se mueve de derecha a izquierda, el cual dejará un nuevo hueco en donde se hallaba (fila 1, gráfico 2). A continuación, ese hueco será ocupado por otro electrón que vaya de derecha a izquierda, dejando un hueco en donde estaba (fila 1, gráfico 3) y así sucesivamente. Cada fila seguirá el mismo mecanismo. De esta manera, los electrones se mueven siempre de derecha a izquierda y los huecos parecen moverse de izquierda a derecha.
Los SEMICONDUCTORES: ¿Qué son y cómo se explican sus propiedades eléctricas? – Ensamble de Ideas – Copyright MMXXII
Seguramente sabrás que la energía no se puede crear ni destruir, se conserva y no se gasta, sólo se transforma o se transmite de un cuerpo a otro. Este principio se denomina primer principio de la conservación de la energía.
¿No se gasta? Entonces ¿por qué los electrodomésticos tienen un cartel que muestra la eficiencia de los mismos? ¿Qué es la eficiencia?
En todo proceso real las fuerzas de fricción hacen que una parte de energía inicial se disipe en forma de calor u otras formas de energía, tales como la sonora o la lumínica. La parte aprovechable de la energía se llama eficiencia. Ésta sería del 100% el caso hipotético en el que toda la energía que se recibe se transformara en la forma de energía que se desea obtener.
Para entender un poco más el concepto, imaginemos que armamos un péndulo como el del dibujo. Si no existiera rozamiento con el aire, el péndulo oscilaría eternamente. Pero sabemos muy bien que eso no sucede y que, al cabo de un tiempo, el péndulo se detiene.
Modelo Físico de un péndulo.
Esto ocurre porque en un péndulo real, el movimiento cesa debido a que la energía se va disipando, así como -por ejemplo- una pelota que cae al suelo no rebota continuamente, sino que va perdiendo energía a medida que pasa el tiempo, hasta que se detiene.
La eficiencia de los diferentes artefactos eléctricos
En la siguiente lista veremos cuál es la eficiencia de algunos aparatos de nuestra vida cotidiana.
Locomotora de vapor: 9% Motor eléctrico pequeño: 62% Motor eléctrico grande: 93% Tubo fluorescente: 25% Motor a nafta: 30% Planta hidroeléctrica: 95% Reactor nuclear: 30% Celda solar: 20% Calentador solar: 62% Lamparita común: 5% Horno de gas: 85% Licuadora: 62%
Curiosidades
El físico que estudió las transformaciones de energía en la historia por primera vez fue el inglés James Prescott Joule, que vivió entre 1818 y 1889. En honor a él, la unidad de energía en el Sistema Internacional es el joule (J). La energía es una magnitud y, por lo tanto, puede medirse y esa medida debe expresarse mediante una unidad.
La corriente eléctrica y sus consecuencias en el cuerpo
El shock eléctrico
Cuando una corriente eléctrica pasa por el cuerpo, produce ciertos efectos que, en el área de la #salud y la #medicina, llamamos shock eléctrico, que puede producir un mal funcionamiento cardíaco o daños en los tejidos del cuerpo (debidos al calentamiento).
En este informe, nos dedicaremos a ver cuáles son los efectos que produce la electricidad en el cuerpo. ¡Así que ten cuidado y siempre sé cauteloso y prudente a la hora de manipular cables eléctricos y dispositivos potencialmente peligrosos!
Para empezar, tendremos que decir que las secuelas más profundas se relacionan con la corriente alterna, que produce contracciones en los músculos al excitarse los nervios.
Ahora sí, veamos el efecto que produce cada intensidad, según un experimento inglés. Estos datos fueron extraídos de una experiencia realizada en Inglaterra, usando corriente alterna de 50 Hz. La corriente circula desde una mano hacia la otra de un individuo que debía describir la sensación que le provocaba (Fuente: Cooper, Fordham, Electrical Safety Engineering, Londres, Butterworth, 1989.)
Efectos de un shock eléctrico
La corriente eléctrica y sus efectos
Si la corriente que circula por el cuerpo es mayor a un determinado valor, una persona es incapaz de controlar sus músculos para separarse de la fuente de corriente.
Una intensidad de, aproximadamente, 10 mA es el valor límite que corresponde a una frecuencia de 50 Hz, la utilizada en Argentina.
Si la corriente eléctrica fluye desde la mano izquierda hasta el pie derecho es más peligroso que si sucediese en la situación inversa. Esto sucede porque el shock eléctrico será más perjudicial para las funciones del corazón cuando la corriente fluya más cerca de dicho órgano o lo atraviese directamente.
No sólo depende de la cantidad de corriente sino también del tiempo que fluye. Una corriente eléctrica puede producir un paro cardíaco momentáneo o producir una fibrilación ventricular (esto es, los músculos del ventrículo se contraen rápidamente en forma desordenada), lo que imposibilita el bombeo de sangre y, consecuentemente, no permite que llegue oxígeno a los demás tejidos. Esto puede provocar la muerte si es que no se realiza el tratamiento adecuado.[note]Fuente: Aristegui, Rosana y otros; “Física I”; Santillana POLIMODAL; 2005[/note]
Seguramente habrás notado que muchos pájaros se posan sobre cables en tu barrio. Muchos incluso lo hacen en los de alta tensión. ¿Por qué no se electrocutan al hacerlo?
La repuesta al porqué los pájaros no se electrocutan en los cables
La explicación, como te imaginarás, radica en algo meramente físico y Ensambledeideas te trae la respuesta.
Para empezar, diremos que el estudio de la electricidad requiere de conocer tres variables fundamentales: -La intensidad: definida como la cantidad de cargas eléctricas que pasan por un cable por unidad de tiempo. -La diferencia de potencial: también llamado voltaje, es la energía necesaria para llevar cada carga eléctrica de un punto a otro del circuito. -La resistencia: es la oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Si dos cuerpos no tienen igual resistencia eléctrica, se dice que uno tiene mayor resistividad eléctrica que el otro.
¿Y cómo afecta esto a las aves?
Sucede que, en términos físicos, la baja resistividad del metal de los cables hace que, entre dos puntos cercanos, la diferencia de potencial sea muy baja. Por ello, entre las patitas de un pájaro que se posa sobre un cable, hay un voltaje muy pequeño y la corriente que circula por el pájaro es muy poco intensa.
Luego, asentarse sobre un cable no representa un peligro para el ave.
Si te gustan las curiosidades, te compartimos este link a nuestro canal de YouTube en donde podrás encontrar cientos de vídeos con datos interesantes.
