A.3 · Trabajo, energía y potencia

Este folleto cubre temas seleccionados del SL para el curso evaluado por primera vez en 2025; no constituye el programa completo.

Requisitos previos: leer las cantidades y unidades indicadas, y aplicar aritmética y las condiciones del modelo siguientes.

Los ejemplos son originales y ficticios: no son mediciones reales ni investigaciones estudiantiles reales.

¿Qué explicaría esta observación?

• Un motor puede transferir parte de la energía de entrada para levantar y el resto para calentar. La salida útil es parte de la transferencia total de energía.

Construya el modelo

• El trabajo realizado por una fuerza constante paralela al desplazamiento es fuerza multiplicada por distancia.
• La energía cinética depende del cuadrado de la velocidad.
• La energía se conserva cuando se incluyen todas las transferencias y almacenes.
• potencia: Energía transferida por unidad de tiempo.
• eficiencia: Salida útil dividida por entrada total.

Elija evidencias que puedan probarlo

• Define el sistema y la salida útil antes de calcular la eficiencia.
• Duplicar la velocidad cuadruplica la energía cinética a masa constante.
• La potencia describe la transferencia por tiempo, no la energía total.

En el laboratorio: Mide una altura de elevación y la carga, cronometra la elevación, y registra la entrada eléctrica con instrumentos adecuados. Repite ensayos y ten en cuenta el calentamiento o la fricción como transferencias, no como energía perdida.

Trabaje desde cantidades conocidas

• Conocido: un dispositivo recibe 600 J y transfiere 420 J de forma útil.
• Eficiencia = salida útil / entrada total.
• Eficiencia = 420/600 = 0.70 = 70%.
• En 3 s, potencia útil = energía útil/tiempo = 420/3 = 140 W.

Tu turno: Un dispositivo recibe 250 J y entrega 150 J de salida útil. Calcula la eficiencia en porcentaje.

Verifique la conclusión y sus límites

• La eficiencia no puede exceder 100% para un balance energético correctamente definido.
• La energía disipada por calentamiento se conserva igualmente.

No es cierto: La energía disipada se destruye. La energía siempre se conserva. "Disipado" significa dispersarse al entorno como calor, donde resulta difícil volver a utilizarla; no se destruye.

Clave:

• El trabajo realizado por una fuerza constante paralela al desplazamiento es fuerza multiplicada por distancia.
• Define el sistema y la salida útil antes de calcular la eficiencia.
• Tenga en cuenta: la eficiencia no puede superar el 100% para un balance energético correctamente definido.

Escribir a partir de una eficiencia del 40 por ciento

• Un dispositivo recibe 300 J y entrega 120 J de salida útil.
• Calcula la eficiencia. La otra energía se disipa, no se destruye.

Escribir a partir de una salida útil de 750 joules

• Una máquina recibe 1,200 J con una eficiencia de 62.5 por ciento.
• Salida útil = 0.625 × 1,200 = 750 J, disipado 450 J — energía contabilizada, nunca destruida.

Escribir a partir de una eficiencia de 25 por ciento

• Un motor de ascensor consume 4,000 J por piso y entrega 1,000 J de elevación útil.
• Eficiencia = 1,000 ÷ 4,000 = 25 %, y los otros 3,000 J calientan el motor y el cable: indique dónde va esa energía.

Escribir a partir de un diagrama de Sankey

• Un diagrama muestra 100 J en entrada: una flecha útil de 70 J y una flecha desperdiciada de 30 J.
• Eficiencia 70 % — y el ANCHO de la flecha desperdiciada representa la cantidad: un diagrama de Sankey es una contabilidad energética dibujada a escala.