” ¿Cómo se hace el trabajo en un sistema siempre cero?”
Bueno, el trabajo realizado en un sistema no siempre es cero. Entonces, la respuesta corta a su pregunta sería “NO, NO ES”.
Pero supongo que querías preguntar “¿Cómo puede ser cero el trabajo realizado en un sistema?”. Estoy en lo cierto? Eso espero, porque voy a responder esa pregunta 🙂
- ¿Las fluctuaciones en la gravedad se correlacionan con los rayos?
- ¿Por qué las mareas son causadas por la Luna en lugar del Sol? "
- ¿La fuerza gravitacional también es experimentada por los fotones?
- ¿Se ha establecido alguna relación matemática entre energía y gravedad?
- ¿Cómo es la intensidad del campo gravitacional dentro de un planeta diferente de la intensidad del campo gravitacional fuera de un planeta?
En primer lugar, puede haber dos formas de explicar cuándo el trabajo realizado en un sistema será cero.
- La primera es la perspectiva mecánica. El trabajo realizado en un sistema (y el trabajo realizado por el sistema) será cero, si la fuerza externa que actúa sobre él actúa perpendicularmente al desplazamiento del sistema. Y la fuerza debe ser una fuerza conservadora. (¿Por qué? Ya he hablado más adelante) Sabemos que, en mecánica, el trabajo se define como el producto transversal de la fuerza externa aplicada en un sistema y el desplazamiento del sistema, es decir,
W = Fx = Fxcos (theta)
Si la fuerza aplicada y el desplazamiento es perpendicular entre sí, entonces el valor de (theta) será de 90 grados. Así cos (theta) será cero y, a su vez, W será cero.
Un ejemplo de este caso puede verse en sistemas que exhiben un movimiento circular uniforme. Piense en una piedra que gira girando uniéndola al extremo de un hilo. Cualquier objeto sometido a un movimiento circular uniforme debe estar sujeto a una fuerza centrípeta, que actúa radialmente hacia el centro de la trayectoria circular que sigue el sistema, ¿verdad? (Supongo que conoce el mecanismo básico que subyace a un movimiento circular uniforme). Pero en cada punto del círculo o trayectoria circular), el desplazamiento del sistema (la piedra en nuestro ejemplo) es tangencial al arco del círculo, mientras que la fuerza que actúa sobre él se dirige radialmente hacia adentro. Entonces son perpendiculares entre sí. Por lo tanto, el trabajo realizado en el sistema es cero. Es por eso que la fuerza centrípeta se llama fuerza de trabajo cero.
2. La otra forma de verlo serán las consideraciones termodinámicas. Pero antes de hablar sobre esto, permíteme explicarte el concepto de fuerzas conservadoras y no conservadoras.
Suponga que un campo de fuerza no uniforme f (r) actúa sobre un objeto que se mueve a lo largo de una trayectoria curva, etiquetada como ruta 1, desde el punto A al punto B.
Como hemos visto, el trabajo realizado por el campo de fuerza sobre el objeto puede escribirse como una integral de línea a lo largo de esta trayectoria:
Suponga que el mismo objeto se mueve a lo largo de una trayectoria diferente, denominada ruta 2, entre los mismos dos puntos. En este caso, el trabajo realizado por el campo de fuerza es
(2)
Básicamente, hay dos posibilidades. En primer lugar, las integrales de línea (1) y (2) pueden depender de los puntos finales, A y B, pero no de la ruta tomada entre ellos, en cuyo caso
En segundo lugar, las integrales de línea (1) y (2) pueden depender tanto de los puntos finales, A y B, como de la ruta tomada entre ellos, en cuyo caso
La primera posibilidad corresponde a lo que los físicos llaman campo de fuerza conservador , mientras que la segunda posibilidad corresponde a un campo de fuerza no conservador .
¿Cuál es la distinción física entre un campo de fuerza conservador y uno no conservador? Bueno, la forma más fácil de responder a esta pregunta es modificar ligeramente el problema discutido anteriormente. Supongamos, ahora, que el objeto se mueve desde el punto A al punto B a lo largo del camino 1, y luego desde el punto B de regreso al punto A a lo largo del camino 2. ¿Cuál es el trabajo total realizado en el objeto por el campo de fuerza mientras ejecuta este cerrado ¿circuito? Por cierto, un hecho que debe quedar claro a partir de la definición de una integral de línea es que si simplemente invertimos el camino de una integral dada, entonces el valor de esa integral recoge un signo menos: en otras palabras,
donde se entiende que las dos integrales anteriores se toman en direcciones opuestas a lo largo del mismo camino. Recuerde que las integrales unidimensionales convencionales obedecen una regla análoga: es decir , si intercambiamos los límites de integración, la integral recoge un signo menos. Se deduce que el trabajo total realizado en el objeto mientras ejecuta el circuito es simplemente
Para el caso de un campo conservador, tenemos
Por lo tanto, concluimos que
En otras palabras, el trabajo neto realizado por un campo conservador en un objeto tomado alrededor de un ciclo cerrado es cero . Esta es solo otra forma de decir que un campo conservador almacena energía sin pérdida: es decir , si un objeto cede una cierta cantidad de energía a un campo conservador al viajar del punto A al punto B, entonces el campo devuelve esta energía al objeto –Sin pérdida – cuando viaja al punto A desde B.
