Conferencias Feynman: ¿Por qué una máquina de levantamiento de pesas no reversible no puede levantar más que una reversible?

Considere las máquinas de levantamiento de pesas: máquinas que tienen la propiedad de levantar un peso al bajar otro. Hagamos también una hipótesis: que no existe el movimiento perpetuo con estas máquinas de levantamiento de pesas. (De hecho, que no haya movimiento perpetuo en absoluto es un enunciado general de la ley de conservación de la energía.

Debemos tener cuidado al definir el movimiento perpetuo. Primero, hagámoslo para las máquinas de levantamiento de pesas. Si, cuando hemos levantado y bajado muchas pesas y restaurado la máquina a su condición original, encontramos que el resultado neto es haber levantado una pesa, entonces tenemos una máquina de movimiento perpetuo porque podemos usar esa pesa levantada para correr. algo más. Es decir, siempre que la máquina que levantó el peso vuelva a su condición original exacta y, además, que sea completamente autónoma, es decir, que no haya recibido la energía para levantar ese peso de alguna fuente externa.

Imaginamos que hay dos clases de máquinas: las que no son reversibles, que incluyen todas las máquinas reales, y las que son reversibles, que por supuesto no son alcanzables por muy cuidadosos que seamos en el diseño de rodamientos, palancas, etc.

Suponemos, sin embargo, que existe tal cosa —una máquina reversible— que baja una unidad de peso (una libra o cualquier otra unidad) en una unidad de distancia, y al mismo tiempo levanta tres unidades de peso. Llame a esta máquina reversible, Máquina A.

Supongamos que esta máquina reversible en particular levanta las tres unidades de peso una distancia X. Luego supongamos que tenemos otra máquina, la Máquina B, que no es necesariamente reversible, que también baja una unidad de peso una unidad de distancia, pero que levanta tres unidades una distancia Y. Ahora podemos probar que Y no es mayor que X; es decir, es imposible construir una máquina que levante un peso más alto de lo que lo levantaría una máquina reversible.

Veamos por qué. Supongamos que Y fuera más alto que X. Tomamos un peso de una unidad y lo bajamos una unidad de altura con la máquina B, y eso eleva el peso de tres unidades una distancia V. Entonces podríamos bajar el peso de Y a X , obteniendo potencia libre, y use la máquina reversible A, que funciona hacia atrás, para bajar el peso de tres unidades una distancia X y levantar el peso de una unidad una unidad de altura. ¡Esto devolverá el peso de una unidad a donde estaba antes y dejará ambas máquinas listas para usarse nuevamente! Por lo tanto, tendríamos movimiento perpetuo si Y fuera mayor que X, lo que asumimos era imposible.

Con esos supuestos, deducimos que Y no es mayor que X, por lo que de todas las máquinas que se pueden diseñar, la máquina reversible es la mejor.

Esta es una parte del primer libro de Feynman's Lectures . Su propósito es derivar la fórmula que calcula la energía potencial gravitacional de un cuerpo cerca de la superficie de la tierra a través de una serie de pensamientos "simples", parte de los cuales es el siguiente pensamiento.

Aunque hermoso, me desconcierta. Aunque pensé que lo entendía, después de pensarlo mucho, encontré algunas partes que no entiendo.

Lo primero es la definición de una máquina de levantamiento de pesas perpetua.

Si, cuando hemos levantado y bajado muchas pesas y restaurado la máquina a su condición original, encontramos que el resultado neto es haber levantado una pesa, entonces tenemos una máquina de movimiento perpetuo porque podemos usar esa pesa levantada para correr. algo más.

Mi problema es que no puedo imaginar tal cosa cuando se trata de máquinas de levantamiento de pesas simples como la de la siguiente imagen.

La otra es la "obtención de poder libre"

Supongamos que Y fuera más alto que X. Tomamos un peso de una unidad y lo bajamos una unidad de altura con la máquina B, y eso eleva el peso de tres unidades una distancia V. Entonces podríamos bajar el peso de Y a X , obteniendo potencia libre, y use la máquina reversible A, que funciona hacia atrás, para bajar el peso de tres unidades una distancia X y levantar el peso de una unidad una unidad de altura. ¡Esto devolverá el peso de una unidad a donde estaba antes y dejará ambas máquinas listas para usarse nuevamente!

1. ¿Cómo estamos bajando los pesos? ¿Es porque es un experimento mental que no tenemos que hacernos esa pregunta?

2. Como puedo entender, al bajar las tres unidades de peso de la altura Y a la X, estamos elevando una unidad de peso a una altura H, por lo que se conserva la energía. Entonces, ¿de dónde obtenemos este poder gratuito? Aunque sé que no está equivocado, asumiría que después de la suposición principal que hace -Y>X- hace una suposición a posteriori de que la energía no se conserva y termina en una conclusión falsa. Así que no podríamos saber qué suposición es incorrecta.

Entonces, ¿podría explicarme todo el proceso de pensamiento enfatizando mis consultas?