Teorema trabajo-energía
En 1999, el Mars Climate Orbiter de la NASA se desintegró en la atmósfera marciana debido a una confusión en las unidades utilizadas para calcular el empuje necesario para frenar la sonda y ponerla en órbita sobre Marte. Un programa informático proporcionado por un fabricante privado utilizó unidades de libras-segundo para calcular el cambio de impulso de la sonda en lugar de los Newton-segundo previstos por la NASA. Como resultado, la sonda se frenó demasiado y se desintegró en la atmósfera marciana. Este ejemplo ilustra la necesidad de utilizar y especificar unidades cuando describimos las propiedades de una cantidad física, y también demuestra la diferencia entre una dimensión y una unidad.
Las “dimensiones” pueden considerarse tipos de medidas. Por ejemplo, la longitud y el tiempo son dimensiones. Una unidad es el estándar que elegimos para cuantificar una dimensión. Por ejemplo, los metros y los pies son unidades para la dimensión de la longitud, mientras que los segundos y los jiffys1 son unidades para la dimensión del tiempo.
Para facilitar la comunicación de la información científica, se desarrolló el Sistema Internacional de Unidades (SI para los franceses, Systeme International d’unites). Esto nos permite utilizar una convención bien definida sobre las unidades que debemos utilizar para describir las cantidades. Por ejemplo, la unidad del SI para la dimensión de la longitud es el metro y la unidad del SI para la dimensión del tiempo es el segundo.
Fórmula de la potencia mecánica
El julio (símbolo J) es la unidad de energía del SI, una medida de la capacidad de realizar trabajo o generar calor. Un julio equivale al trabajo realizado (o a la energía gastada) por una fuerza de un newton (N) que actúa sobre una distancia de un metro (m). Un newton equivale a una fuerza que produce una aceleración de un metro por segundo (s) por segundo sobre una masa de un kilogramo (kg). Por tanto, un julio equivale a un newton-metro.
Un julio representa una cantidad de energía relativamente pequeña; se necesitan aproximadamente 100.000 J (105 J) para calentar un vaso de agua desde la temperatura ambiente hasta su punto de ebullición en condiciones estándar. A menudo se utilizan los kilojulios (kJ), kJ = 103 J.
Mientras que el julio es la unidad de energía estándar del SI, se utilizan muchas otras unidades de energía, todas ellas convertibles en julios, en circunstancias particulares. Entre ellas se encuentran: erg; pie-libra; vatio-segundo; vatio-hora; kilovatio-hora; caloría termoquímica; caloría de la Tabla Internacional; kilocaloría; Btu termoquímico; therm; quad; metro cúbico de gas natural; tonelada de petróleo equivalente; tonelada de carbón equivalente; tonelada de TNT; electrón-voltio; hartree; metro inverso; segundo inverso; kelvin; kilogramo. [1] Un kilogramo (kg) de masa equivale exactamente a 89.875.517.873.681.764 julios (según E=mc2 con m = 1 kg y velocidad de la luz c = 299.792.458 m/s).
Fórmula de la energía cinética
La fórmula del trabajo se utiliza para calcular el trabajo. Antes de aprender la fórmula, recordemos qué significa trabajo. Se dice que hay trabajo cuando aplicamos una fuerza sobre un objeto y éste experimenta un desplazamiento. Si el desplazamiento en la dirección de la fuerza es cero, el trabajo realizado es cero. La fórmula del trabajo se utiliza para calcular el trabajo realizado al mover un objeto. Conozcamos más sobre la fórmula del trabajo junto con ejemplos resueltos en la siguiente sección.
La fórmula del trabajo se utiliza para calcular el trabajo realizado para desplazar cualquier objeto. El trabajo es el producto de la fuerza aplicada y el desplazamiento en la dirección de la fuerza aplicada. El trabajo es el producto punto de los dos vectores: fuerza y desplazamiento. Por tanto, el trabajo es una cantidad escalar. La unidad del trabajo en el SI es el Joule (J).
Ahora, si la componente efectiva de la fuerza a lo largo de la dirección del desplazamiento es Fcosθ responsable del desplazamiento de cualquier objeto en la dirección dada, entonces el trabajo realizado por la fuerza F en el desplazamiento del cuerpo a través del desplazamiento d es, W=(|F|cosθ)|d|
Física de la unidad de trabajo
La medición se refiere a la comparación de una cantidad desconocida con una cantidad conocida. El resultado de la medición es un valor numérico con determinadas unidades. Podemos medir la longitud, la masa, la capacidad (el volumen) y la temperatura de cualquier objeto. Conozcamos más sobre ello en este artículo.
La medición se define como el sistema o acto de medir. Puede entenderse como un proceso de definición de elementos físicos mediante números. Por ejemplo, “esta varilla es más grande que aquella”. Esta afirmación sirve para un propósito muy limitado de comparación en el que no sabemos nada sobre los atributos individuales de las varillas dadas. Pero si decimos que la longitud de la primera varilla es de 20 pulgadas, y la longitud de la segunda varilla es de 15 pulgadas, por lo tanto la primera varilla es más grande que la segunda por 5 pulgadas. Esta afirmación tiene más sentido matemático y nos ofrece una razón para nuestra deducción.
Cuando tenemos que comparar los valores de las cantidades dadas o realizar operaciones aritméticas con ellas, necesitamos tener una unidad de medida común. Por ejemplo, podemos sumar 12 metros a 10 metros para obtener 22 metros de longitud, pero no podemos sumar 12 metros a 10 pulgadas. En esos casos, necesitamos conocer y utilizar la “conversión de medidas” para convertir las unidades dadas en una unidad común. Ya sea la longitud, la masa, la temperatura o el tiempo, tenemos algunas fórmulas que se pueden utilizar para obtener los valores en una unidad común. A continuación se muestra una tabla de medidas que puede utilizarse para dicha conversión.