Biofisica

Semana Nº 7 Prof. Elar R. Villar Aguirre

Trabajo – Potencia y Energía

Temas:
1. Trabajo.
2. Potencia.
3. Energía

Comentario introductorio
Trabajo, potencia y energía, son conceptos que en nuestra labor diaria parecieran ser la misma cosa. La ideas que tenemos de ellas son con frecuencia imprecisas y de amplio y variado criterio de aplicación. La ciencia ha trabajado mucho parademostrar que son conceptos íntimamente ligados entre sí, pero de diferente aplicación. Todo el esfuerzo desplegado por los hombres de ciencia como Galileo, Newton, Roemer, de los siglos XIII al XVI, así como los primitivos Aristóteles, Ptolomeo Claudius (Teoría Geocéntrica), Copernico (Teoría Heliocéntrica) y otros muchos más que desearon, sobre todo, inventar la máquina de movimiento continuo. Nadielo consiguió jamás, pero la ciencia hizo de este fracaso un logro impresionante, pues Mayer y Joule descubrieron una de las leyes más importantes de la Física: El principio de Conservación de la Energía: “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”.

Cuando una máquina entrega energía, lo que hace en verdad es transformar una clase de energía en otra. Toma la energía de unafuente, le proporciona trabajo en un cierto tiempo (potencia) y nos devuelve la energía tomada como otra variedad de trabajo que nos permite realizar alguna acción, tarea o labor. De manera que cuando viajamos, por ejemplo, gastamos el combustible (energía) en trabajo, que al final se transforma en una distancia recorrida, impulsados por una fuerza que proporciona la máquina que nos mueve.Otro ejemploes el de una refrigeradora, que toma energía eléctrica a través de un motor, el que comprime un gas adecuado dándole una cantidad de trabajo, este gas se expande en una cámara apropiada a tal fin (el freezer), al expandirse toma calor del medio, enfriándolo con todo el contenido que haya dentro del aparato y luego este calor lo devuelve al medio ambiente mediante unos tubos de irradiación, quenormalmente se hallan en la parte posterior del equipo.

Así los conceptos de trabajo, potencia y energía, para los físicos tiene un significado diferente, por cuanto en los sistemas que hemos descrito se toma energía de una fuente, ejecuta trabajo y se realiza una labor que luego se devuelve al medio ambiente bajo otra forma de energía.

TRABAJO

Una estudiante dice: “Me costó mucho trabajoaprender la lección de Biofísica”.

En un diario se lee: “ ...los tradicionales conflictos entre el capital y el trabajo...”

En Biofísica, la palabra trabajo se emplea en un sentido diferente y mucho más específico. Diremos que un hombre o una máquina realiza un trabajo mecánico, cuando vence una resistencia a lo largo de un camino.

Ejemplo Nº 1
Para subir un mueble hasta el 2º piso de unacasa, hay que vencer una resistencia, el peso “P”, a lo largo de un camino, la altura “d”. El trabajo T (Trabajo mecánico), realizado es el producto de la fuerza, “P”, por la distancia recorrida “d”.

Trabajo = Fuerza x distancia.

T=F∙d

Como el trabajo mecánico se obtiene multiplicando la fuerza por la distancia, la unidad de Trabajo Mecánico se obtendrá multiplicando la unidad de fuerzapor la unidad de longitud.
Es conveniente mencionar que la Fuerza y la Distancia son magnitudes vectoriales, pero el producto que se usa es el producto escalar.
Así: T=F∙d∙cos∝

“F” y “d” tienen la misma dirección y sentido, por lo tanto ∝=0°, de dondecos0=1

P
d
Fig. 7 - 1
Por tanto: T=F∙d
La unidad de trabajo mecánico se denomina kilográmetro, por ser el producto de los kilogramosfuerza por los metros recorridos. Su símbolo es kg-m. En lo sucesivo sólo diremos la palabra “Trabajo”, para designar al Trabajo Mecánico.

Podemos decir entonces, que se realiza un trabajo de 1 kg-m cuando se levanta una pesa de de 1 kgf a una altura de 1 m. O, también, si se levanta 10 kgf a 0,1 m; o 100 kgf a 0,01 m.

En el Ejemplo Nº 1 de subir el mueble, los datos son: (Fig. 7 – 1)...