Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

ordinaria mide la fuerza gravitacional que actúa sobre un cuerpo. El peso del
volumen unitario de una sustancia se llama peso específico g y se determina a
partir de g rg, donde r es la densidad.
La masa de un cuerpo es la misma sin importar su ubicación en el universo;
sin embargo, su peso se modifica con un cambio en la aceleración gravitacional.
Un cuerpo pesa menos en la cima de una montaña puesto que g disminuye
con la altitud. En la superficie de la Luna, una astronauta pesa alrededor
de un sexto de lo que pesa en la Tierra (Fig. 1-9).
Al nivel del mar una masa de 1 kg pesa 9.807 N, como se ilustra en la
figura 1-10; no obstante, una masa de 1 lbm pesa 1 lbf, lo que lleva a las personas
a creer que libra-masa y libra-fuerza se pueden usar de forma indistinta
como libra (lb), lo cual es una fuente principal de errores en el sistema inglés.
Se debe observar que la fuerza de gravedad que actúa sobre una masa se
debe a la atracción entre las masas y, por lo tanto, es proporcional a las magnitudes
de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia
entre ellas. Por consiguiente, la aceleración gravitacional g en un lugar
depende de la densidad local de la corteza terrestre, la distancia al centro de
la Tierra y, en un menor grado, de las posiciones de la Luna y el Sol. El
valor de g varía con la ubicación desde 9.832 m/s 2 en los polos (9.789 en el
ecuador) hasta 7.322 m/s 2 a 1 000 km sobre el nivel del mar. Sin embargo, a
altitudes de hasta 30 km, la variación de g del valor a nivel del mar de 9.807
m/s 2 es menor a 1 por ciento. Entonces, para la mayor parte de los propósitos
prácticos, la aceleración gravitacional se supone como constante en 9.81 m/s 2 .
Es interesante notar que en lugares situados bajo el nivel del mar el valor de
g se incrementa con la distancia desde el nivel del mar, alcanza un máximo
próximo a los 4 500 m y luego empieza a disminuir. (¿Cuál cree que es el
valor de g en el centro de la Tierra?)
La principal causa que provoca la confusión entre masa y peso es que la
masa se mide generalmente de modo indirecto al calcular la fuerza de gravedad
que ejerce. Con este enfoque se supone también que las fuerzas ejercidas causadas
por otros efectos como la flotabilidad en el aire y el movimiento del fluido
son insignificantes. Esto es como medir la distancia a una estrella midiendo su
transición hacia el color rojo o determinar la altitud de un aeroplano por medio
de la presión barométrica: ambas son mediciones indirectas. La forma correcta
directa de medir la masa es compararla con otra conocida. Sin embargo, esto es
difícil y se usa sobre todo para calibración y medición de metales preciosos.
El trabajo, que es una forma de energía, se puede definir simplemente como
la fuerza multiplicada por la distancia; por lo tanto, tiene la unidad “newtonmetro
(N · m)”, llamado joule (J). Es decir,
7
CAPÍTULO 1
¡Caramba!
FIGURA 1-9
Un cuerpo que en la Tierra pesa 150 lbf
pesará sólo 25 lbf en la Luna.
kg
lbm
g = 9.807 m/s 2 g = 32.174 ft/s 2
W = 9.807 kg · m/s 2 W = 32.174 lbm · ft/s 2
= 9.807 N
= 1 lbf
= 1 kgf
FIGURA 1-10
El peso de una masa unitaria al nivel del
mar.
1 J 1 N # m (1-3)
Una unidad más común para la energía en el SI es el kilojoule (1 kJ 10 3 J).
En el sistema inglés, la unidad de energía es el Btu (British thermal unit),
que se define como la energía requerida para elevar en 1 °F la temperatura de
1 lbm de agua a 68 °F. En el sistema métrico, la cantidad de energía necesaria
para elevar en 1 °C la temperatura de 1 gramo de agua a 14.5 °C se define
como 1 caloría (cal), y 1 cal 4.1868 J. Las magnitudes de kilojoule y Btu
son casi idénticas (1 Btu 1.0551 kJ). Hay una buena manera de apreciar
intuitivamente estas unidades: si enciende un fósforo y lo deja consumir, produce
aproximadamente un Btu (o un kJ) de energía (Fig. 1-11).
La unidad para la razón de tiempo de energía es el joule por segundo (J/s)
que se conoce como watt (W). En el caso de trabajo la razón de tiempo de
energía se llama potencia. Una unidad de potencia comúnmente usada es el caballo
de fuerza (hp), que es equivalente a 746 W. La energía eléctrica se expresa
FIGURA 1-11
Un fósforo típico produce alrededor de
un Btu (o un kJ) de energía si se quema
por completo.
Foto de John M. Cimbala.