Simulación

Potencia de un motor · SimuladorP = F·v: fuerza por velocidad

Energía y trabajoPotencia

Un motor eleva una carga a velocidad ajustable; el indicador de potencia se actualiza según P = F·v con analogía de voltaje de entrada

Publicado: 6 de julio de 2026

Objetivo

Verificar que la potencia mecánica P = F·v depende conjuntamente de la fuerza de elevación (peso m·g) y la velocidad de elevación v, que duplicar cualquiera de las dos cantidades duplica exactamente la potencia de salida, y que el trabajo total W = F·h crece linealmente con la altura. El modelo asume elevación vertical a velocidad constante sin pérdidas por aceleración.

Configuración

Fija la masa en 10 kg, la velocidad de elevación en 3 m/s y la altura objetivo en 8 m (las posiciones predeterminadas de los controles deslizantes). Observa el indicador de fuerza: debe mostrar 98,1 N, igual a m·g.
Presiona Iniciar y observa cómo sube el bloque. Lee el indicador de potencia durante la elevación; debe mantenerse constante en 294,3 W durante todo el ascenso.
Cuando el bloque alcanza los 8 m, la ejecución se detiene. Registra el indicador de trabajo realizado final y el indicador de tiempo.
Presiona Reiniciar, cambia la masa a 20 kg (todo lo demás igual) y vuelve a iniciar. Compara el nuevo indicador de potencia con el de la ejecución anterior.
Presiona Reiniciar de nuevo, restaura la masa a 10 kg, cambia la velocidad de elevación a 6 m/s y comienza. Compara la potencia con la primera ejecución.
Presiona Reiniciar, cambia la altura objetivo a 16 m con masa 10 kg y velocidad 3 m/s, y comienza. Compara el trabajo realizado final con el de la primera ejecución.

El simulador del motor en reposo, mostrando un bloque de 10 kg al nivel del suelo con el marcador de altura objetivo a 8 m.

El bloque en ascenso con flechas de velocidad y peso visibles, con la potencia mostrando 294,3 W durante el ascenso a velocidad constante.

La grafica de P(t) y W(t) tras un ascenso completo: la potencia se mantiene constante en 294,3 W mientras el trabajo crece linealmente hasta 784,8 J.

Predicción analítica

Para elevación vertical a velocidad constante el motor no realiza trabajo de aceleración, por lo que la tensión es igual al peso y la potencia es el producto P = F·v = m·g·v. Con masa = 10 kg, velocidad = 3 m/s y altura = 8 m:

F=m·g

=10 × 9,81

=98,1 N

P=F·v

=98,1 × 3

=294,3 W

W=F·h

=98,1 × 8

=784,8 J

t=h / v

=8 / 3

≈2,667 s

Duplicar la masa a 20 kg duplica F a 196,2 N y duplica P a 588,6 W a la misma velocidad. Duplicar la velocidad a 6 m/s con la masa original también duplica P a 588,6 W (fuerza sin cambios, velocidad duplicada). Duplicar la altura a 16 m duplica el trabajo total a 1569,6 J pero deja la potencia instantánea sin cambios en 294,3 W.

Análisis de resultados

Confirma que el indicador de fuerza muestra 98,1 N antes de Iniciar (masa 10 kg). Durante la ejecución el indicador de potencia debe mantenerse estable en 294,3 W sin fluctuaciones, confirmando que la elevación a velocidad constante produce potencia constante. En el fotograma de parada el indicador de trabajo realizado debe mostrar aproximadamente 784,8 J (se espera una diferencia de hasta el 5 % por el integrador de paso discreto que puede detenerse un fotograma después del límite exacto de 8 m). El indicador de tiempo al detenerse debe ser cercano a 2,67 s. La línea P(t) en el panel derecho debe ser visiblemente horizontal (plana), y la línea W(t) debe ser una diagonal recta que sube de 0 J a ~784,8 J. Compara estos valores con la predicción analítica para confirmar el acuerdo.

Fuente de error

Este modelo asume velocidad perfectamente constante durante toda la elevación: la tensión es exactamente igual al peso y el motor no realiza trabajo de aceleración. Los motores reales aceleran la carga desde el reposo (añadiendo trabajo inercial) y experimentan fricción, pérdidas de calor e ineficiencia del motor, ninguna de las cuales aparece aquí. La cuerda, la polea y la carcasa del motor no tienen masa. La resistencia aerodinámica sobre el bloque está ausente. Estas idealizaciones significan que el valor predicho P = m·g·v es una cota inferior exacta de la potencia real del motor para la misma tarea de elevación. La brecha residual entre el indicador y la predicción analítica es por tanto puramente numérica, no física, en esta simulación.

Ver también: ¿qué tan precisas son las simulaciones?

Exploración adicional

Fija la masa en 1 kg y la velocidad en 10 m/s. ¿Qué potencia se requiere? Ahora fija la masa en 10 kg y la velocidad en 1 m/s. ¿Es la potencia la misma? ¿Qué revela esto sobre el intercambio entre fuerza y velocidad en un motor?
Fija la masa en 10 kg y la altura en 8 m. Varía la velocidad de elevación de 0,5 a 10 m/s. ¿Cómo cambia el trabajo total realizado? ¿Cómo cambia el tiempo para completar la elevación? ¿Qué permanece constante y qué varía?
Con velocidad = 3 m/s, duplica la masa de 10 kg a 20 kg y luego a 40 kg. ¿El indicador de potencia se duplica cada vez? ¿Cambia el tiempo para completar la elevación?
Cambia únicamente el control deslizante de altura objetivo (masa = 10 kg, velocidad = 3 m/s). ¿Cambiar la altura afecta el indicador de potencia instantánea? ¿Qué cambia?
Ejecuta una elevación con los valores predeterminados (masa 10 kg, velocidad 3 m/s, altura 8 m). Luego reinicia y ejecuta con masa 10 kg, velocidad 6 m/s, altura 8 m. Compara el rastro fantasma de la primera ejecución con la ejecución en curso. ¿Cuál terminó más rápido y por qué la línea P(t) se encuentra a una altura diferente?