Energía potencial y el teorema de la energía del trabajo

Así que el título es un poco irrelevante. Y me está costando pensar cómo describir mi duda , pero haré lo mejor que pueda. Disculpas si es vago, házmelo saber en los comentarios.

Así que acabo de terminar de leer el teorema de la energía del trabajo y estaba pasando al concepto de energía potencial (que mi libro explica mal, o me falta algo).

Entiendo que por el teorema de la energía del trabajo el cambio en la energía cinética de un cuerpo es el trabajo realizado por una fuerza de fuerza externa sobre el cuerpo. ✓ Lo tengo, el cambio en la energía cinética de un cuerpo es igual al trabajo realizado por la fuerza neta

Así que pasé a la energía potencial, donde mi libro trata de explicar cosas comenzando con un ejemplo en el que estamos elevando el libro de la masa. metro haciendo trabajo metro gramo h en ella, donde h es la altura a la que se eleva.
Mi primera duda es, ya que la fuerza que aplicamos es metro gramo (igual a la fuerza de atracción gravitacional en magnitud pero de dirección opuesta), la fuerza resultante sobre el libro es 0. Dado que la fuerza resultante es cero, el trabajo realizado por la fuerza resultante sobre el libro debe ser 0, y debe haber ningún cambio en la energía cinética.

En segundo lugar, la fuerza ejercida por nosotros (la agencia externa), está en la dirección del desplazamiento, el trabajo realizado es positivo y, por lo tanto, el cambio en la energía cinética debe ser positivo (¿según el teorema del trabajo y la energía?)

¿Qué estoy arruinando? ¿Mezclar los dos conceptos (energía potencial y teorema de la energía del trabajo)? Sin embargo, después del trabajo que hacemos, la energía potencial aumenta, ¿no la energía cinética? ¿Qué estoy confundiendo?

Editar

Entonces, las respuestas dadas me ayudaron a entender dónde me estaba equivocando (algo). El cambio en la energía cinética de una partícula es igual al trabajo realizado sobre ella por la fuerza externa neta (si la partícula es el sistema)

Ahora tengo problemas para interpretar el teorema del trabajo y la energía para un sistema de partículas. Un libro lo explica considerando un sistema de dos cargas (una positiva y otra negativa; que se atraen). Dice:

Debido a la atracción mutua, las partículas se aceleran una hacia la otra y la energía cinética del sistema aumenta.

En primer lugar, ¿cómo podemos considerar algo que no está fijo como nuestro sistema (las cargas se mueven...).

En segundo lugar, no hay una fuerza neta sobre el sistema, entonces, ¿cómo aumenta la energía cinética?

PD: Todavía estoy confundido acerca de la energía potencial. Antes de que mi libro comience sobre la energía potencial, continúa hablando sobre el teorema de la energía del trabajo para un sistema de partículas, y ahí es donde estoy confundido ahora.

Una cosa a tener en cuenta es que si su sistema es deformable y tiene energía potencial, el teorema del trabajo y la energía cinética no se aplica.
Probablemente sea mejor restringir el teorema del trabajo y la energía a una sola partícula o a un cuerpo rígido. Sin embargo, puede usar la idea de que el trabajo externo realizado en un sistema es igual al cambio en la energía cinética más el cambio en la energía potencial. Entonces en su caso de dos cargas no hay fuerzas externas, por lo que el trabajo externo realizado es cero. El sistema comienza sin energía cinética y algo de energía potencial eléctrica. Un poco más tarde, el sistema (cargas) tiene algo de energía cinética y menos energía potencial eléctrica. la suma del cambio en KE (positivo) y el cambio en energía potencial eléctrica (negativo) es cero.
Para una de las cargas como sistema, el trabajo lo realiza la fuerza externa debida a otra carga y eso da como resultado un aumento de la energía cinética de la carga.
@Farcher Entonces, ¿quiere decir que el teorema de la energía del trabajo no se cumple para un sistema de partículas?
Puede, pero luego debe considerar el trabajo interno y el trabajo externo. Entonces, incluso si no hay fuerzas externas, la energía cinética de las partes del sistema puede aumentar. A menudo se considera la suma de los cambios de energía cinética y la energía potencial del sistema. En termodinámica, esto se denomina energía interna del sistema y el cambio en la energía interna se equipara al trabajo realizado en el sistema y la entrada de calor en el sistema.
@Farcher ¿Es por eso que se acuñó el concepto de energía potencial después de todo? Debido a la capacidad de un sistema de partículas para realizar un trabajo incluso en ausencia de una fuerza externa.

Respuestas (3)

Lo primero que debe hacer es definir su sistema.
Si el sistema es solo el libro, las fuerzas externas sobre el libro son la fuerza que ejerces sobre el libro y la atracción gravitatoria sobre el libro por parte de la Tierra.
Si el libro comienza y termina en reposo, entonces no hay cambio en la energía cinética.
El trabajo realizado por usted sobre el libro es positivo ya que la dirección de la fuerza que ejerce sobre el libro es la misma que el desplazamiento del libro.
El trabajo realizado por la fuerza gravitatoria debida a la Tierra es negativo porque la fuerza gravitacional tiene la dirección opuesta al desplazamiento del libro.

Si las dos fuerzas externas son iguales en magnitud y opuestas en dirección, entonces el trabajo neto realizado sobre el libro es cero (igual al cambio en la energía cinética).
Por supuesto, uno podría razonar que la fuerza externa neta sobre el libro es cero, por lo que el trabajo neto realizado por las fuerzas externas sobre el libro es cero.

No se menciona la energía potencial gravitacional porque es la energía asociada con el libro y la Tierra como sistema.
Así que ahora consideremos este sistema del libro y la Tierra.
La fuerza externa es ahora la fuerza que aplicas sobre el libro.
La fuerza que ejerce la Tierra sobre el libro es una fuerza interna y su tercera ley de Newton es la fuerza que ejerce el libro sobre la Tierra.
Cuando haces un trabajo positivo separando el libro y la Tierra, ese trabajo aumenta la energía potencial gravitacional del sistema libro-Tierra.

Si sueltas el libro, la separación entre el libro y la Tierra disminuirá y la energía potencial gravitatoria del sistema disminuirá.
El libro (y la Tierra) tendrían entonces energía cinética.
Por lo general, solo se considera el movimiento y la energía cinética del libro porque la masa de la Tierra es mucho mayor que la del libro.
Esto da como resultado que la velocidad y la energía cinética de la Tierra sean mucho más pequeñas que las del libro.

¿ Qué es realmente un sistema ? Sé cómo lo definen los libros: 'parte de la asamblea bajo consideración'. ¿Pero su significado físico?
Es una forma de poner un límite y reducir lo que se mira. A menudo, esto facilita el análisis de las situaciones. El teorema de trabajo-energía como lo describiste en tu pregunta es un ejemplo de esto. Usted define un sistema y luego solo necesita considerar un grupo de fuerzas: las externas.
he editado mi pregunta

Primera pregunta

No hay cambio en la energía cinética si la fuerza que aplicas es mg. El libro se moverá con una velocidad finitesimalmente pequeña, pero si aplicas F>mg, entonces hay energía cinética.

Segunda pregunta sí si F> mg entonces KE es positivo

Espero que lo consigas ahora

¡Tu primera duda es correcta! Dado que no existe una fuerza neta sobre el objeto que se eleva en el campo gravitatorio, no sufre ninguna aceleración y, por lo tanto, su velocidad y energía cinética permanecerán sin cambios.

El teorema de la energía del trabajo establecido en la parte anterior de su publicación es ligeramente incorrecto. Debe hacer la siguiente adición: "... según el teorema del trabajo y la energía, el cambio en la energía cinética de un cuerpo es el trabajo realizado por una fuerza neta externa sobre el cuerpo".

En otras palabras, ¡el teorema del trabajo y la energía que estableciste solo funciona si la fuerza aplicada (por ti) es la única fuerza sobre el cuerpo!

Cuando levanta el objeto (usando una fuerza externa) igual y opuesta a la fuerza gravitatoria (constante supuesta = mgh), la fuerza neta es cero y, por lo tanto, no encontramos cambios en la energía cinética.

Entonces, ¿por qué aumenta la energía potencial? Bueno, el potencial es, por definición, la capacidad de realizar un trabajo. Ahora, usando el teorema de la energía del trabajo, si dejas de ejercer tu propia fuerza sobre el objeto, comenzará a acelerar hacia abajo. Esto se debe a que esta vez tendrá una fuerza neta hacia abajo que realizará un trabajo sobre el objeto y, por lo tanto, (usando el teorema de la energía del trabajo) aumentará su energía cinética.

Sigo confundido. Tengo todo menos el último párrafo. Creo que tengo problemas con la forma en que se define la energía potencial. He visto libros donde mencionan fuerzas internas y fuerzas externas al definirlo. Y he visto libros donde tampoco mencionan al definirlo. El problema es que he visto ambos. Entonces simplemente no tiene ningún sentido (concepto de energía potencial). Si no es mucha molestia, ¿podrías dar más detalles? ¿Sobre la energía potencial? Gracias
Energía potencial y el teorema de la energía del trabajo
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