Unidad 3 · Energía mecánica y cantidad de movimiento
Potencia mecánica: la rapidez con que se realiza el trabajo
Una persona y una grúa pueden subir la misma caja a la misma altura. El trabajo que hacen es idéntico: mismos joule. Pero la grúa lo hace en dos segundos y la persona demora cinco. Algo distingue claramente a las dos situaciones, y el trabajo no alcanza para nombrarlo. Ese algo es la potencia.
Hasta ahora la unidad respondió cuánta energía se transfiere: el trabajo, la energía cinética, la energía potencial. Ninguna de esas magnitudes dice nada sobre el tiempo. Y sin embargo, en la vida real, el tiempo es justamente lo que solemos pagar: un motor más potente no entrega más energía total, entrega la misma más rápido.
P = W / t
Si el trabajo se mide en joule y el tiempo en segundos, la potencia sale en watt. Un watt es, simplemente, un joule por segundo:
1 W = 1 J / 1 s
El nombre honra a James Watt, el ingeniero escocés que perfeccionó la máquina de vapor. Como la potencia es "energía por unidad de tiempo", saber la potencia de algo te dice a qué ritmo consume o entrega energía, no cuánta energía tiene.
La segunda cara: P = F · v
Hay otra forma de escribir la potencia que es muy útil cuando algo se mueve de manera sostenida. Partimos de la definición y usamos que el trabajo de una fuerza constante en la dirección del movimiento es W = F·d:
P = W / t = (F · d) / t = F · (d / t) = F · v
Como d/t es justamente la rapidez, la potencia resulta ser el producto de la fuerza por la rapidez. La lectura es directa: para mantener una fuerza dada, ir más rápido exige más potencia. Un auto que avanza al doble de rapidez venciendo la misma resistencia necesita el doble de potencia.
Un ejemplo con números
Un montacargas sube una caja de m = 50 kg a una altura de h = 2 m, con g ≈ 10 m/s². El trabajo realizado contra la gravedad es:
W = m·g·h = 50 · 10 · 2 = 1000 J
Si lo hace en t = 5 s, su potencia es P = 1000 / 5 = 200 W. Si una grúa hace lo mismo en t = 2 s, su potencia es P = 1000 / 2 = 500 W. Mismo trabajo, distinta potencia.
| Situación | Potencia aproximada |
|---|---|
| Ampolleta LED | 10 W |
| Notebook en uso | 50 W |
| Persona subiendo una escalera a paso normal | 200 W |
| Hervidor eléctrico | 2000 W = 2 kW |
| Auto familiar (≈ 100 HP) | 75 000 W = 75 kW |
En la tabla aparece el HP (del inglés horsepower, "caballo de fuerza"), una unidad antigua que Watt inventó para comparar sus máquinas con los caballos que reemplazaban. No pertenece al Sistema Internacional, pero sobrevive en el mundo de los motores:
1 HP ≈ 746 W
El kilowatt-hora: la trampa de la cuenta de la luz
Este punto confunde a mucha gente, y vale la pena resolverlo de una vez. En la cuenta de la luz no te cobran watt: te cobran kilowatt-hora (kWh). Y el kWh no es una potencia, aunque el nombre empiece con "kilowatt". Es una energía.
La razón está en la propia fórmula. Si P = W/t, entonces despejando el trabajo queda W = P · t: energía es potencia multiplicada por tiempo. Un "kilowatt-hora" es literalmente eso: un kilowatt, durante una hora.
1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ
| Magnitud | Qué mide | Fórmula | Unidad SI |
|---|---|---|---|
| Trabajo / energía | Cuánta energía se transfiere | W = F·d·cos(θ) | joule (J) |
| Potencia | A qué ritmo se transfiere | P = W/t = F·v | watt (W) |
| Energía consumida | El total acumulado en un tiempo | W = P·t | joule (J); en la práctica, kWh |
Con qué se conecta
Con la potencia cerramos el bloque de la energía visto "desde las fuerzas": trabajo, energía cinética, energía potencial y el ritmo al que todo eso ocurre. El próximo artículo da el salto conceptual de la unidad: en vez de seguir fuerza por fuerza, sumaremos la cinética y la potencial en una sola magnitud —la energía mecánica— y veremos que, sin roce, esa suma se conserva. Es la herramienta que resuelve en dos líneas problemas que por fuerzas tomarían una página.