¿Cómo aumenta la energía potencial sin trabajo?

Si la velocidad permanece constante, el trabajo neto es cero, pero el trabajo realizado por las fuerzas individuales puede no serlo. En tu caso,

$$\begin{align} W_{\text{net}} = W_g + W_{\text{drag}} = 0 \end{align}$$ Entonces, tanto tú como la gravedad están haciendo trabajo, es solo que cualquier trabajo que hagas arrastrando, la gravedad hace menos eso:$W_g = - W_{\text{drag}}$. Al hacer este trabajo, está almacenando energía como energía potencial en el sistema Tierra-trineo, ya que $$\begin{align} \Delta U_g = -W_g = W_{\text{drag}}. \end{align}$$

La fuerza neta termina siendo 0, pero aún estás aplicando una fuerza porque la gravedad tira hacia abajo.

La gravedad ejerce una fuerza cuesta abajo, por lo que para mantener el bloque a una velocidad constante, debes ejercer una fuerza opuesta. Esto significa que se aplicará el trabajo.

Por ejemplo, supongamos que un bloque cae por un eje vertical. En el extremo superior hay una polea (esto es equivalente a tirar de un bloque con una inclinación de 90 grados). Si el bloque tiene una masa de 10 kg, y aproximaremos la aceleración gravitacional de la Tierra con$10 \frac{m}{s^2}$. Por la segunda ley de Newton, se aplican 100 N de fuerza por el eje de la caja. Para contrarrestar eso, debe tirar hacia arriba con 100 N de fuerza (a través de la polea). Suponga que lo levanta 10 metros. Esto significa que el trabajo realizado es 100 N * 10 m, o 1000 J.

El teorema del trabajo y la energía debería ser siempre tu punto de partida:

$$\boxed{K_1 + W = K_2} \quad \text{or} \quad \boxed{\Delta K = W}$$

Deberías leer esto como:

El cambio en la energía cinética del objeto es igual al trabajo total realizado sobre el objeto.

¡Trabajo total significa trabajo realizado por todas las fuerzas! Si el cambio en la energía cinética es cero, eso significa que el trabajo total realizado sobre el objeto es cero. Pero si la fuerza gravitacional ha realizado algún trabajo, lo cual sabemos que hizo porque el objeto cambió su altitud, entonces debe haber alguna otra fuerza (o fuerzas) que realizó exactamente el trabajo opuesto:

$$W_F + W_G = 0$$

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Ahora digamos que empujas el objeto cuesta abajo, es decir, no hay fuerza externa excepto el empuje inicial que despreciaremos en este momento. El objeto comienza en$K_1 = 0$y en el camino la fuerza gravitatoria hizo algo de trabajo. ¿Cuál es la energía cinética final? Suponiendo que no hay otras fuerzas como la fricción, toda la energía potencial gravitacional se convierte en energía cinética. En general, el trabajo realizado por la fuerza gravitacional se define por

$$\boxed{W_G = - \Delta U_G = -(U_{G,2} - U_{G,1})}$$

dónde$U_G$es la energía potencial gravitacional.

El trabajo es el desplazamiento por la fuerza; de ninguna manera es cero cuando se carga un objeto cuesta arriba, incluso a velocidad constante.

El trabajo que ingresa a la energía potencial es el trabajo realizado por el campo (gravedad en este caso), y es finito. También hay trabajo realizado por la persona que droga el objeto, así como, posiblemente, trabajo realizado por fricción, pero estos no afectan la energía potencial gravitatoria.