Rendimiento

RENDIMIENTO

El rendimiento es un concepto asociado al trabajo realizado por las máquinas. Todo el mundo sabe que obtener un buen rendimiento supone obtener buenos y esperados resultados con poco trabajo. En Física este concepto se define como el cociente entre el trabajo útil que realiza una máquina en un intervalo de tiempo determinado y el trabajo total entregado a la máquina en ese intervalo: El rendimiento de una máquina será siempre un número menor de uno (0<R<1). Para expresarlo en % se multiplica su valor por 100. Representa el "tanto por ciento" conseguido del trabajo total suministrado.

Las máquinas simples permiten obtener un rendimiento del 100 %. Reciben energía mecánica y entregan energía mecánica (no cambian el tipo de energía) y no tienen mecanismos.

E l resto de las máquinas transforman un tipo de energía en otra (calor en energía cinética, eléctrica, etc) y sus rendimientos se alejan del 100% debido a los rozamientos de sus piezas y a la imposibilidad de aprovechar todo el calor para transformarlo en energía mecánica en los motores (imposibilidad de la máquina ideal).

En Termodinámica se define el rendimiento en función del calor o de la temperatura de los focos frío y caliente de una máquina térmica.

Actividad: Lanza la animación y observa como varían los valores de F. ¿Qué sumandos de la fuerza total se mantienen constantes durante la subida? Observa en la gráfica que el área amarilla corresponde al trabajo total. ¿De qué color es el área que corresponde al trabajo útil? ¿En cuánto varía el rendimiento si el caldero sube medio lleno?

Problemas

Subimos agua de un pozo de 10 m de altura con un cubo de masa 2 kg y capacidad 10 litros por medio de una polea. Cada metro de cuerda empleada tiene una masa de 100 g. Utiliza g = 9.81 ms ¬2

• Calcula la fuerza máxima y mínima empleada para subir el agua.

• Calcula el trabajo necesario y el trabajo útil.

• ¿Cómo obtenemos un mayor rendimiento con el caldero lleno o medio lleno?

• ¿Cuál es el rendimiento máximo con este caldero y cuerda?

• ¿Podrías diseñar un sistema que aumentara el rendimiento de esta máquina a casi el 100%?

• Diseña un aparato para aumentar tu fuerza muscular aplicada a la cuerda que va a la polea.

Si sabes resolver el problema, comprueba tus resultados con los mostrados en "Soluciones". Pulsando en "Resolución" puedes ver la forma de hacerlo.

Normas generales para resolver problemas: 1.¬ Realiza un esquema. 2.- Memoriza los datos (no podemos resolver un problema si no conocemos bien lo que nos exponen y lo que pretenden que resolvamos). Memorizar datos no supone memorizar los valores sino el conjunto de las magnitudes que intervienen y las que nos piden averiguar. 3.- Relaciona los datos mediante las expresiones matemáticas que conozcas. 4.¬ Resuelve esas ecuaciones. 5.¬Comprueba la coherencia de los resultados, sus órdenes de magnitud y sus unidades.

Para subir un baúl de 70 kg hasta una altura de 1,5 m empleamos un plano inclinado con una pendiente de 30º, lo que nos permite emplear solamente una fuerza de 350 N. Suponemos que el baúl no roza con el suelo. (Nota.¬ Utiliza g = 10 ms ¬2).

Calcula el trabajo empleado en subir el baúl y el trabajo empleado si fuéramos capaces de subirlo directamente sin emplear el plano inclinado. ¿Qué rendimiento obtenemos utilizando el plano inclinado?

En el caso de un rozamiento de 0,1 ¿qué fuerza deberemos emplear? ¿Qué trabajo realizamos? ¿Qué rendimiento obtenemos ahora?

Ayuda:

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