No me presiones, energízame

Hay unas cuantas palabras que usamos con mucha frecuencia en el lenguaje cotidiano, pero que también tienen un significado científico específico, lo cual da lugar a malos entendidos, a mal uso por desconocimiento y, en ocasiones, por mala fe. A estas cosas de las que vamos a hablar las denominamos magnitudes físicas, lo que quiere decir que son susceptibles de ser medidas.

FUERZA

Tengo fuerza, dame fuerza, estás fuerte… pero, ¿qué es la fuerza científicamente?

Fuerza sería aquello capaz de deformar objetos o cambiar su estado de movimiento (acelerarlo, frenarlo…)

Decimos que es una magnitud vectorial porque no solamente necesitamos saber lo intensa que es, sino en qué dirección y sentido está “empujando”, por lo que tenemos que representarla con un vector, una flecha. Como verás, científicamente no “tenemos fuerza”, aunque sí podemos ejercerla o aplicarla. Se puede medir en distintas unidades, pero la del sistema internacional de unidades (SI) es el newton (N)

MASA

Es la cantidad de materia, la “chicha” vaya, esas lorzas que nos adornan… eso es masa.

jfp2Se mide en kg (en el SI)

PESO

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Imagen de P. Fraundorf (Creative Commons)

El peso no es la masa, ni se mide en kg… “Pues yo le pido dos kilos de naranjas al frutero y me entiende” Ya, y yo al del bar le silbo y le digo “jefe, jefe” y me pone una Fanta… pero la expresión no es correcta científicamente. El peso es una fuerza. Es la fuerza con la que te atrae la Tierra o el lugar del Universo en el que estés: la Luna, Marte, o flotando en medio del espacio.

Como tal fuerza se mide en newtons (N)

Si te fijas, cuando tú dices que quieres perder peso no es correcto… porque probablemente lo que quieras hacer es desprenderte de las “asas del amor”… y eso es ¡masa! Lo que tú quieres es perder masa.

Para perder peso hay formas más sencillas_
– Puedes viajar a la Luna, allí pesas unas seis veces menos, ya que al ser más pequeña que la Tierra te atrae menos.
– Ve a la estación espacial. Allí, estarás en ingravidez, así que pesarás cero.
– También puedes lanzarte de un quinto, durante la caída también estás en ingravidez… de hecho estar en órbita es como estar cayendo sin llegar a tocar la superficie.

Para calcular el peso hay una fórmula aproximada muy sencilla. P = m.g siendo g la aceleración de la gravedad, aquí en la Tierra, aproximadamente 9,8 m/s^2.

De esta forma, 1kg resulta atraído con una fuerza de 1 · 9,8 = 9,8 N.

Aproximadamente 10 N por cada kilo. Esa es la fuerza que aplicas sobre el suelo o tu silla.

PRESIÓN

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Presión | Imagen wikicommons

A veces mis alumnos me hablan de la fuerza de una presión… cuando quieren decir lo intensa que es una presión, puede parecer un detalle insignificante, pero es incorrecto.
La presión es la fuerza dividida por la superficie en la que se aplica.

Mira, sígueme.

Una persona tiene 75 kg de masa, eso quiere decir que su peso es de 750 N aproximadamente. Esa es la fuerza que aplica al suelo, pero no es lo mismo que se ponga zapatos de tacón, botas de fútbol o se suba en una tabla de snowboard.Digamos que “aprieta” menos el suelo en un caso que en otro, la fuerza está más o menos “concentrada”. A eso le llamamos presión.

Se mide en newton por metro cuadrado (N/m^2) a lo que llamamos pascales (Pa)

Así, haremos más presión cuanto más fuerza hagamos o cuanto más pequeña sea la superficie sobre la que la hagamos.

Si afilas la punta de un objeto, consigues que atraviese más fácilmente un material aunque hagas la misma fuerza… porque la presión es mayor.

Uno de los ejemplos más curiosos y divertidos es la cama de clavos. Parece más temible cuantos más clavos lleva, pero en realidad es mucho menos peligrosa… cuantos más clavos tengamos, menos presión hará nuestro cuerpo. Nuestro cuerpo siempre hace la misma fuerza (la de nuestro peso), pero la presión es menor, al estar aplicada esta fuerza en una superficie mayor (más puntas de clavos).

TRABAJO

En física el trabajo podría decirse que es el efecto que produce una fuerza (perdón para los puristas)

Homenaje a la mujer trabajadora | wikicommons

Homenaje a la mujer trabajadora | wikicommons

Si yo aplico una fuerza y no hay desplazamiento, aunque yo me canse, esa fuerza no ha conseguido nada… así que decimos que esa fuerza no ha hecho trabajo. Si yo aplico una fuerza en sentido contrario al del desplazamiento, diríamos que mi fuerza no ha ayudado a ese desplazamiento, de hecho lo ha dificultado… así que decimos que esa fuerza hace trabajo negativo.

Si la fuerza y el desplazamiento son perpendiculares… si yo tiro hacia arriba y el objeto se mueve horizontalmente, desde luego, no puedo decir que sea debido a mi fuerza, así que también en ese caso decimos que la fuerza no hace trabajo.

Finalmente, si la fuerza y el desplazamiento no van perfectamente alineados, pensamos en la fuerza en dos componentes, la parte perpendicular no hace trabajo y la paralela sí. La cantidad de trabajo se calcula multiplicando la fuerza por el desplazamiento, así que newtons multiplicados por metros, a lo que llamamos julios (J) Así que el trabajo no se tiene (qué gran verdad en estos días), se hace al sistema al que le aplicas fuerza o se recibe del que te la aplica a ti.

ENERGÍA

La energía es la capacidad de hacer un trabajo, digamos de producir un “efecto”.

Lightning Slow motion | wikicommons

Lightning Slow motion | wikicommons

Fíjate que es la capacidad de hacer el trabajo, no que se haya hecho ya o que se esté haciendo. Cuando cuelgas un piano de un quinto, ese objeto, en esa situación, tiene la capacidad de convertirte en otro instrumento musical si te lo dejan caer encima (un acordéon…). Aún no lo ha hecho y quizá no lo haga, pero puede hacerlo, tiene energía. La energía se mide en las mismas unidades que el trabajo, en julios.

Hay muchos tipos de energía: cinética (la que tiene un objeto por estar moviéndose), potencial (la que tiene un objeto por su posición, como el piano), térmica (debida a la agitación de sus átomos), etc.

Sabemos convertir unas formas de energía en otras de muchas maneras, y particularmente se nos da muy bien con la energía eléctrica. Con un motor la convertimos en energía cinética, con un calentador en energía térmica, con una bombilla en energía luminosa, etc.

CALOR

Oímos con frecuencia “Tengo calor”… pero el calor no se tiene, científicamente hablando, lo que se tiene es energía térmica. Aún así, ni siquiera en los laboratorios, oiréis decir “Tengo energía térmica”.

Calor es el nombre que le damos a la energía térmica cuando se intercambia, cuando pasa de un sistema a otro.

Calor | Imagen wikicommons

Calor | Imagen wikicommons

Digamos que un sistema más temperatura que otro, de forma que si los ponemos en contacto, pasará energía del primero al segundo. Bueno, pues a esa energía que pasa, mientras pasa, es lo que llamamos calor.

Como es energía, el calor se mide en julios.

Igual con dinero lo explico mejor: El saldo de tu cuenta bancaria sería “dinero”, energía. Tú me lo puedes pasar de muchas maneras: por transferencia, en efectivo, con un cheque.
Todos esos “intermediarios” existen sólo mientras pasa el “dinero” de tu cuenta a la mía, donde incrementa mi saldo y se convierte de nuevo en “dinero”, energía. Así que los sistemas tienen energía, y se intercambian calor.

Con el trabajo también podemos “meter o sacar” energía de un sistema, pero de nuevo hablaremos de trabajo mientras se está pasando la energía (mientras dure la aplicación de la fuerza) y después hablaremos de energía en el nuevo sistema.

POTENCIA

La potencia no es lo mismo que la energía. La potencia sería la velocidad con la que la energía se está intercambiando en un proceso, o si quieres la velocidad con la que se hace un trabajo o se intercambia calor. Por lo tanto se medirá en julios por segundo, a lo que llamamos vatio (W).

Si tú y yo subimos cada uno un saco de cemento a un quinto, habremos hecho el mismo trabajo, pero será una “máquina” más potente quien lo haya hecho en menos tiempo. O, visto de otra manera, si nos dejan actuar durante el mismo tiempo, la máquina más potente hará más trabajo.

Dos calefactores que pongan una habitación a 21ºC habrán hecho el mismo trabajo, pero uno de 2000 W la calentará antes que uno de 1000W.

Espero que ahora veas un poco más claras las cosas que os contamos a veces los que hacemos divulgación… y si os apetece, decidme otros conceptos básicos que queráis que aclaremos.

Este post ha sido realizado por Javier Fernández Panadero (@Javierfpanadero) y es una colaboración de Naukas con la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.

27 Comentarios

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segadosegado

Simplemente genial.

No me presiones, energízame

[…] No me presiones, energízame   […]

CésarCésar

Buena entrada.
Soy aficionado a la divulgación y agradezco la aclaración de conceptos básicos de cuando en cuando.
Ya que preguntas, ¿podrías aclarar los diferentes conceptos de la electricidad? como voltaje, intensidad, campos…
Gracias

Felipe Torres-DuperlyFelipe Torres-Duperly

Sencillamente genial. De haberlo aprendido así cuando era chico (hoy tengo 66), pues hoy sería genial. Nunca es tarde!!!
Sorprendidamente, Felipe

No me presiones, energízame | Scoop-it-A...

[…] Hay unas cuantas palabras que usamos con mucha frecuencia en el lenguaje cotidiano, pero que también tienen un significado científico específico, lo cual da lugar a malos entendidos, a mal uso por desconocimiento y, en ocasiones, por mala  […]

JordiJordi

Hola.
Me ha gustado la explicación de potencia. ¿Podrías explicar con analogías los Caballos de Vapor que se utlilizan para el rendimiento de motores de combustión interna?
Un saludo
Jordi B.M

JavierJavier

Hasta donde yo sé es una unidad de potencia, distinta, pero convertible a vatios (W), aunque hay discrepancias y variantes, pero al fin y al cabo es una medida de potencia. es.wikipedia.org/wiki/Caballo_de_vapor Quizá te guste otra forma de expresar la potencia, en lugar de multiplicar la fuerza por la distancia, para tener trabajo y luego contar cuánto trabajo se hace por segundo, podemos dividir la distancia por el tiempo y así nos queda que la potencia es la fuerza por la velocidad. Así puedes pensar que en tu coche, que da una potencia fija (a unas revoluciones dadas) puedes tener más fuerza y menos velocidad (marchas cortas) o menos fuerza y más velocidad (marchas largas). Espero te ayude. Saludos

Jordi B.MJordi B.M

Perfecto, gracias por contestar
Un saludo

JavierJavier

Gracias a los lectores y a los comentaristas. Me apunto la sugerencia de César y me pongo a trabajar en una segunda entrada con más conceptos a aclarar!

GastónGastón

Me encantó la nota! que buena manera para explicar tremendos temas!!
Aprovecho para hacerles un par de consultas que nacieron motivo de un viaje!
Estoy x salir de mochilero y me preparé para llevar una resistencia de 220V, 600w.. Estaba pensando q sería + útil y factible de usar que fuese para conectar al encendedor del vehículo que generosamente me diera un aventón.. y así preparar unos sabrosos mates que cebaría en calidad de gratitud!
Recordé a un profe qme habías mencionado podría utilizar misma resistencia (obviamente utilizando el conector apropiado), pero el tema de la potencia [600w a 12v..] me generó nuevamente la duda.. y como no quiero ir quemando fusibles y tampoco que me bajen antes de lo previstoo, jaja es que pregunto!!
600/12=50A Esto me asusta.. estoy haciendo bien las cuentas?! podría utilizarla solo si la conecto directo a la batería a lo sumo.. pero en el encendedor puede que trabaje con fusible a lo sumo de 20 ó 30A y ahí si quemaría fusible o instalación? que me dicen!
¿Trabajaría con 30A y tardaría + tiempo en calentar? o va a querer tomar los 50A y ahí vuela todo?
El adaptador para el encendedor (viene con fusible de 10A incluido), ahora el cálculo para el fusible no tengo idea como se hace.. pero está bien el razonamiento si digo q debería ser >= a los 50A qme dá con los 600W, sinoo pasaría a ser esta la resistencia o cuello de botella si es menor y por ende se cortaría?
Como verán, se me presentaron muchas preguntas.. Alguno sabe realmente que ocurriría y por qué?! Desde ya, muchas gracias!

AlvaroAlvaro

Mira Gastón, eso se calcula de otra forma.
Imagina una botella: si la llenas de agua, la dejas abierta por arriba y le haces un agujero abajo sale un chorro largo; conforme se va vaciando la botella, el chorro se va haciendo mas corto.

Pues los Voltios seria la altura que hay entre el agujero y la superficie del agua (presión), los Amperios seria la cantidad que sale de agua cada segundo y el agujero seria lo que te falta ahí, saber la RESISTENCIA al paso del agua, que se mide en ohmios.
Cuando el agujero es mas grande sale mas cantidad de agua por segundo; si es mas pequeño al revés. En el primer caso la resistencia al paso del agua es menor que en el segundo caso.

¿Y como se calcula la resistencia?
Pues muy fácil, dividiendo los Voltios entre los Amperios.
En tu caso son 600 Vatios a 220 Voltios (los Vatios son los Voltios por los Amperios). Eso nos da 2.7 Amperios, con lo que tu resistencia es de 220/2.7=81.5 ohmios aproximadamente.

A 12 Voltios nos darían 12/81.5=0.15 Amperios aproximadamente, lo que nos daría una potencia de 12·0.15=1.8 Vatios con los que no lograrías calentar ni un vaso de agua en toda tu vida 😉

CarlosCarlos

Comentarte que la tensión (los voltios) no son una característica intrínseca de tu resistencia, sino la resistencia eléctrica.
600w de potencia (P) a 220v de tensión (V) indican que a 220v pasará por la resistencia una intensidad (I) de 2,73A (amperios) P=V*I. Lo que lleva a definir que esa resistencia tiene 80,7 Ohmios (V=I*R). Esta es la característica intrínseca de tu resistencia y eso no se cambia.
Así que a 12v puedes calcular que la intensidad (I) es de 0,15A y la potencia 1,79W, me da la sensación de que con eso poca agua vas a poder calentar… Pero tranquilo al menos no vas hacer explotar nada 😉

MaríaMaría

No entiendo por qué se ha optado por llamar “calor” al paso de energía térmica de un objeto a otro en lugar de a la energía térmica que contiene un objeto en concreto. Entonces ¿hay alguna magnitud que nos permita decir “este objeto tiene tantos/as loquesea (refiriéndonos a su energía térmica)?

JavierJavier

Esa denominación es la que usamos. Para hablar de la energía térmica que tiene un sistema, se usa… energía térmica y se mide también en Julios. Esa energía puede aumentar o disminuir, absorbiendo o cediendo calor, o bien ejerciendo o recibiendo trabajo.

RafaelRafael

¿Por que cuando me tiro desde un quinto entro en ingravidez? Espero pronta respuesta porque me empieza a picar la curiosidad lo suficiente como para tirarme de un quinto

OdanertOdanert

Realmente no entras en ingravidez, el aire te ejerce una fuerza opuesta a la de la gravedad. (si te tirases dentro de un recipiente sería otra cosa)

JavierJavier

Estás en ingravidez mientras caes, en tu propio sistema de referencia. Imagina que según caes sueltas un objeto que sigue cayendo contigo, pero desde tu punto de vista está inmóvil delante de ti. No hablamos ahora de rozamiento con el aire o cosas así.

RaiRai

Muy bueno. El próximo y ya hablando de Watios a ver si puede ser de térinos de electrónica (ohmios, Watios, voltiosss) que son conceptos que siempre se te terminan liando en la cabeza y que puede se muy prácticos

MonetricMonetric

Muy bien explicado. Ya podías ser mi profe de física en la carrera. 🙂

DanielDaniel

Muchas gracias por la labor que se hace con estos artículos 🙂

CarlosCarlos

Para perder peso hay formas más sencillas_ – Puedes viajar a la Luna, allí pesas unas seis veces menos

Vaya, si que consideras complicado seguir una dieta y hacer ejercicio, jaja.
Tras la broma los elogios: voy a mandarlo a los padres a ver si logran que los chavales de 13 años tengan el concepto claro y no aprueben física por repetición de ejercicios.

AñmydenaAñmydena

Muchas gracias, muy útil.

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Carlos AriasCarlos Arias

Muy bien, conceptos fundamentales de física básica bien definidos, gracias por recordar y aclarar.

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No me presiones, ¡energízame! | La Ciencia para todos

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