¿Cómo se pierde la energía?

Esta es una pregunta común que generalmente ocurre cuando los conceptos de fuerza, energía y cantidad de movimiento se confunden un poco. La fuerza no es más que una entidad que hace que un objeto cambie de velocidad (aumente o disminuya). En términos clásicos se expresa como$F = ma$. Dónde$F$es la fuerza,$m$es la masa del objeto y$a$es la aceleración (o el cambio de velocidad a lo largo del tiempo, que puede ser un aumento o una disminución de la velocidad).

Energía cinética$KE= \frac12mv^2$, dónde$m$es la masa del objeto y$v$es la velocidad.

Impulso$p= mv$dónde$m$es la masa y$v$es la velocidad.

Sospecho que la dificultad que está teniendo es que está tratando de usar el concepto de fuerza como si la fuerza misma contuviera algo de energía para transferir. Por lo tanto, puede imaginar una fuerza transfiriendo energía a un objeto, pero tiene dificultades para ver cómo una fuerza aplicada a un objeto puede reducir su energía. Esta línea de razonamiento es incorrecta. Una fuerza, en sí misma, no contiene energía.

Restrinjamos nuestra conversación a las fuerzas de contacto. Dos entidades chocan y como resultado las velocidades de los objetos cambian. Como las velocidades han cambiado, se ha aplicado una fuerza. En este caso, suponiendo que se trata de una colisión elástica (es decir, toda la energía permanece como energía cinética), puede pensar que la energía se transfiere de un objeto a otro. Un objeto ganará energía y el otro perderá energía. Entonces ves de esta manera que es posible aplicar una fuerza a un objeto y que eso resulte en la pérdida de energía. Es decir, un objeto ganará energía mientras que el otro perderá energía, pero la energía total seguirá siendo la misma.

Sin embargo, este análisis no está realmente completo hasta que también observemos el impulso. La cantidad de movimiento siempre se conserva, de modo que la cantidad de movimiento total del sistema (los dos objetos) antes de la colisión también debe ser la misma que la cantidad de movimiento del sistema después de la colisión.

Para resumir, la fuerza simplemente describe el cambio en la velocidad (a lo largo del tiempo) de un objeto. El objeto puede aumentar o disminuir su velocidad como resultado de la fuerza. Cuando lo miras de esta manera, es claro que un objeto que pierde velocidad también pierde energía cinética como resultado de la fuerza que actúa sobre él. Pero esa energía perdida no falta. Y, en el caso de una colisión elástica, la energía cinética total y el momento total del sistema siempre se conservan.

Recuerda siempre que, si algún sistema$A$está perdiendo energía, entonces está haciendo un trabajo positivo en algún otro sistema$B$, tal que la cantidad de trabajo realizado es igual a la cantidad de energía transferida. Una oración sinónima para lo anterior sería, si algún sistema$A$está perdiendo energía, ellos algún otro sistema$B$debe estar haciendo un trabajo negativo en$A$.

Por ejemplo, cuando un objeto se mueve sobre una superficie rugosa, la fricción realiza un trabajo negativo sobre él, por lo que la cantidad de trabajo realizado por la fricción es la energía que pierde el objeto en movimiento, y como se está moviendo, la energía que debe perder será en forma de energía cinética. También puede verlo desde el punto de vista de los objetos. El objeto realiza constantemente un trabajo positivo contra la fricción para vencerlo y, por lo tanto, la cantidad de trabajo realizado se pierde en términos de energía cinética.