Recientemente he estado investigando el experimento de James Joule sobre el equivalente mecánico del calor. Después de ver algunos dibujos del aparato, supuse que las líneas que sujetaban las pesas tendrían que estar unidas al tambor. Luego se les permitiría caer completamente a través de una cierta distancia hasta que las líneas estuvieran en su longitud total y se tendría que permitir que el movimiento mecánico del fluido continuara fluyendo, haciendo que los pesos se levantaran un poco y cayeran de nuevo, oscilando. hacia arriba y hacia abajo hasta que el movimiento se detuviera y toda la energía mecánica de las pesas se transfiriera al fluido.
Sin embargo, al ver algunos videos (este video dura aproximadamente 14 minutos; pero, si avanza a aproximadamente 5 min 30 seg, mostrará el experimento en cuestión). Noté que se permitía detener los pesos en un nivel superficie (una fuerza externa) en lugar de hacer lo que he descrito anteriormente. Para mí, esto significa que los pesos aún estaban en movimiento y, por lo tanto, aún tenían KE que no se transfirió al fluido.
Por supuesto, los pesos se mueven muy lentamente, mucho más lentamente que si se les hubiera permitido caer libremente a lo largo de la distancia; por lo tanto, su energía cinética es muy pequeña en comparación con la energía potencial que perdieron, lo que significa que la gran mayoría de la energía potencial se transfirió al fluido y a otras pequeñas pérdidas de energía.
¿Debo suponer que las velocidades de los pesos eran lo suficientemente pequeñas como para ignorar el KE en los pesos?
La suposición parece ser que toda la energía potencial perdida por los pesos que caen se transfirió al fluido. Sin embargo, en los experimentos, las líneas deben volver a enrollarse y los pesos se deben dejar caer varias veces para lograr una diferencia de temperatura medible. Cada vez que las pesas caen, son detenidas por una fuerza externa, lo que significa que tienen energía cinética que no se transfiere al fluido después de caer una distancia medida. Me parece que parte de la energía potencial de las pesas se transfiere al fluido; pero parte de ella se transfiere a la energía cinética de las pesas que caen.
viendo el video Estimaría la altura de caída relevante y bajando la velocidad (cerca de llegar al suelo, y probablemente casi constante durante gran parte de la caída) convenientemente a aproximadamente
1,0 m, y 0,1 m/s
De este modo
10m^2/s^2
tiempo
0,005 m^2/s^2.
[Observación adicional: el propio Joule habría podido calcular y dar cuenta de esto fácilmente, por supuesto (y probablemente lo hizo); y más precisamente, también, basado en valores de medición de y de su configuración real.]
Por lo tanto, la relación entre la energía cinética del peso (al final de la caída) y su energía potencial inicial resulta ser bastante cercana a la diferencia relativa entre los valores del " cálculo original " y las " medidas modernas " que proporcionó,
(4,186 J/cal - 4,184 J/cal) / 4,186 J/cal 0.0005.
Sin embargo, mirando http://en.wikipedia.org/wiki/Properties_of_water (Tabla "Capacidad de calor a presión constante", que creo que es relevante), la dependencia de la temperatura de la cantidad que se mide parece al menos igual de importante.
(*: ¡bien!; ¡las tarifas de radiodifusión de servicio público de algunos alemanes están siendo bien utilizadas!)
Solo se debe considerar el cambio en la energía cinética o el trabajo realizado para frenar la caída de la masa. El trabajo realizado sobre las masas que caen cuando golpean el piso o la mesa debe omitirse porque la energía involucrada no se transfiere al agua.
Centro comercial Michael E.
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dmckee --- gatito ex-moderador