¿Por qué perdemos tanta energía cuando empujamos algo pesado incluso si no se desplaza?

Cuando intentas desplazar un objeto, estás luchando contra dos fuerzas.

La primera fuerza es la fuerza normal: la masa del objeto multiplicada por la aceleración de la gravedad.

El segundo es la fricción. La fuerza de fricción es la masa del objeto multiplicada por el coeficiente de fricción de la superficie sobre la que descansa.

La fricción es la fuerza que está contrarrestando tus esfuerzos. En el diagrama a continuación, dibujé un diagrama rápido de cuerpo libre para mostrar los vectores de la fuerza.

Entonces, digamos que el objeto pesa 100 kg, y el coeficiente de fricción es .3. (superficie de alta fricción). Estás ejerciendo 20N de fuerza sobre este objeto.

Bueno, fuerza de fricción = 100 kg * .3 = 30N

La fuerza normal no es importante en este caso porque el objeto en realidad no se moverá, por lo que no necesitamos calcular la velocidad o la aceleración.

Newton dijo que por cada acción, hay una reacción igual y opuesta. Piensa en un fisicoculturista y un enano. El enano intentará empujar y empujar al fisicoculturista en vano. El fisicoculturista se queda allí parado. Este objeto es tu fisicoculturista. A menos que seas más fuerte que la fuerza a la que puede hacer retroceder, seguirá ahí parado.

Pero, todo el tiempo que el enano está martillando, está perdiendo energía. Está usando su cuerpo para aplicar la fuerza. Su cuerpo necesita energía para hacer todo eso. En esencia, ese enano es un motor con 0% de eficiencia. No es hasta que mueves el objeto que la energía comienza a ganar en eficiencia utilizada.

Supongo que el término “energía” que mencionas en tu pregunta no tiene mucho que ver con el concepto físico de energía, al menos en la concepción clásica de Newton.

La energía es algo que puede convertir en trabajo, trabajo mecánico, por ejemplo, que se define como el producto escalar de la fuerza aplicada multiplicada por el desplazamiento.

Desde esta perspectiva, el hecho de que no haya desplazamiento significa que no se realiza ningún trabajo, por lo tanto, no se utiliza energía.

Si observa este mismo problema desde su propia perspectiva de alguien que grita y suda debido al esfuerzo de desplazar un objeto pesado, por supuesto, tiene una sensación diferente. Necesitas mucha energía para empujar.

Para ejercer una fuerza, sus músculos deben transformar la energía química en contracción y luego en fuerza, su sangre debe bombearse más rápido, necesita más aire para que este aumento del metabolismo funcione bien. En una palabra, su energía física se convierte en un esfuerzo que, desde un punto de vista físico, no es trabajo. De hecho, su energía simplemente se dispersa en el aire a medida que su cuerpo se calienta o se fricciona si sus zapatos se deslizan durante el esfuerzo.

De alguna manera, esta es una metáfora de la vida: mucho ruido y pocas nueces.

Porque el sistema que describe es ineficiente. La energía potencial química de su cuerpo se está convirtiendo en energía cinética del objeto y energía térmica. Si no puede superar la fricción, simplemente se calentará.

Si encuentra problemas más complejos como este, personal o profesionalmente, es útil hacer un diagrama de límites de su sistema para tener en cuenta los flujos de energía e información entre los elementos del sistema y el medio ambiente.

Digamos que está presionando un botón más grande pero no se mueve, su fuerza está siendo resistida por la fricción entre el más viejo y el suelo, para que el botón se mueva necesitará superar esta fuerza que, si no lo hace, igualará su empuje fuerza.

La energía está entrando en partículas en movimiento en el suelo y en el más audaz. Esencialmente estás calentando tu entorno

La respuesta simple es la fricción. Cuando empujas algo pesado y no se mueve, tus pies sienten la fuerza de fricción entre el suelo y tus pies, que es igual y opuesta a la fuerza de fricción entre el objeto pesado y el suelo. Te estás esforzando físicamente aunque nada se mueva. No se realiza ningún trabajo mecánico y su esfuerzo físico se muestra como el calor generado dentro de su cuerpo.

Digamos que para mover ese objeto pesado necesitas 15 N de fuerza y ​​el máximo que puedes ejercer es 10 N solamente. El objeto no se moverá. ¿Qué pasa si otra persona te ayuda empujando con digamos 5 N? Se moverá Pero no puede moverlo solo con 5 N. Entonces, lo que ejerce parece un desperdicio en realidad “menos” de lo necesario.

Sus músculos, huesos y sangre están trabajando para ejercer una fuerza de 10 N, incluso si no puede producir un trabajo visible. Entonces siente esta pérdida de energía o fatiga. Se ha discutido en respuestas anteriores de manera elaborada, por lo que no es necesario agregar mucho.

Moviste tus músculos. Aplicaste fuerza que resultó en la compresión de tus músculos y huesos. Trabajaste contra la fricción en el suelo. Considere un escenario en el que suponemos que el cuerpo humano no es compresible, en ese caso el trabajo realizado por usted aumentará la energía potencial de su cuerpo (que puede sentir en términos de tensión en sus músculos y huesos) y si aplica suficiente fuerza , te romperá los huesos.