Cómo explicar el trabajo y la relación energética en este problema.

En física, se trata de mediciones. Si solo mide la posición y la velocidad de la persona (línea de salida / llegada, estacionaria) antes y después de la carrera, no encontrará diferencias, por lo que concluirá que no se ha realizado ningún trabajo. El “trabajo”, en términos físicos, debe manifestarse en una medida. Es el mismo problema cuando una persona sostiene una maleta pesada. Para ella, es agotador, pero para un observador externo, nada cambia: la maleta y la persona se quedan quietos. Ergo, el observador externo concluye que no está sucediendo nada y, por lo tanto, no se realiza ningún trabajo.

Sin embargo, si refina sus medidas y observa la temperatura corporal de la persona antes y después de la carrera (así como, en términos generales, la temperatura de la pista de carreras y sus alrededores), encontrará una diferencia. Ahora tiene justificación para decir que algo ha sucedido.

¿Cuánta energía se necesita para correr la pista? Los procesos involucrados son tan numerosos y complejos (biomecánica y metabolismo) que no puede esperar calcular una respuesta precisa a partir de los primeros principios. Puede obtener un límite inferior midiendo la resistencia al aire de su corredor, obteniendo así la fuerza [matemática] F [/ matemática] en su ecuación [matemática] W = F s [/ matemática].

Actualización: si el corredor corre infinitamente lento (es decir, a velocidad cero), encontrará que no hay fuerza de fricción del aire, por lo que el límite inferior es el gasto de energía cero para dar una vuelta. Sin embargo, esto presupone un tiempo de vuelta infinitamente largo y, por lo tanto, no es factible en la práctica. Esto ilustra un principio general en termodinámica: si no desea desperdiciar energía, al menos debe hacerlo lentamente.

En primer lugar, su fórmula [matemática] W = F s [/ matemática] es incorrecta . La fórmula correcta es [matemáticas] \ Delta W = \ int \ vec {F} \ cdot d \ vec {s} = {1 \ over2} mv_f ^ 2 – {1 \ over2} mv_i ^ 2 = \ Delta E_k [/ math], donde [math] \ vec {F} [/ math] es la fuerza neta que actúa sobre la masa [math] m [/ math].

Entonces, la corredora que completa un circuito y termina donde comenzó, ciertamente ha hecho algo de trabajo. Pero su energía cinética no ha cambiado mucho; en todo caso, probablemente haya disminuido su velocidad. Entonces, ¿a dónde se fue el trabajo?

Bueno, la fuerza neta mencionada anteriormente es la suma vectorial de: {la fuerza de gravedad hacia abajo, la fuerza normal en sus pies sosteniéndola, el empuje hacia adelante del suelo en sus pies y la resistencia contraria a la fricción del aire}.

El trabajo que hace proviene de sus músculos empujando hacia abajo y hacia atrás en el suelo. Principalmente se trata de superar la fricción del aire y mover sus piernas y brazos de un lado a otro.

La energía que gasta es mucho mayor que ese trabajo, porque los músculos son máquinas bastante ineficientes. Sería casi lo mismo si ella simplemente corriera en su lugar. ¡Buena suerte calculando eso!

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