¿Hacia dónde va la energía cinética?

Se colocó un cilindro uniforme sobre un cojinete sin fricción y se puso a girar alrededor de su eje vertical. Después de que un cilindro ha alcanzado un estado específico de rotación, se calienta sin ningún apoyo mecánico de la temperatura. T a T + Δ T . El momento angular se conservará, pero la energía cinética de rotación disminuirá a medida que disminuya la velocidad angular. Lo que no entiendo es ¿a dónde va esta energía?

¿Se expande el objeto a medida que se calienta?
@BMS Supongo que sí. Así aumentaría el momento de inercia y disminuiría la velocidad angular.
Interesante... ¿y si el cilindro está hecho de una sustancia similar al caucho que se encoge a medida que se calienta? Parece que puede llegar a ciertas conclusiones sobre el tipo de material a partir de las declaraciones dadas :-)
El "eje vertical" no tiene sentido sin describir la orientación del cilindro en primer lugar.

Respuestas (4)

Sabemos por la conservación del momento angular que yo ω = constante. Entonces, cuando el objeto se calienta, el cuerpo se expande y se produce un cambio en el momento de inercia. Si el nuevo MOI es yo 2; entonces como yo 2 > yo 1, automáticamente ω 1 < ω 2. Por lo tanto, se resuelve el problema de la disminución de la energía cinética de rotación, ya que se realiza trabajo para expandir el material.

Nota: La expansión también se produce en parte por el calor suministrado. Como no se dan los valores, no podemos calcular con seguridad.

No puedes decir eso, la expansión también puede haberse hecho debido al calor proporcionado que está aumentando la temperatura.
Entonces otra vez aparece el problema, ¿no? Si la energía no se dedica a hacer algún trabajo, ¿adónde va finalmente? Estoy haciendo una edición, a ver si está bien.
Lo mismo @rijulgupta.
¿Cómo explicaría el cambio en KE cuando una persona cruza los brazos mientras gira/gira? ¡Nada se expande ni se comprime allí!
Mira aquí, se aplica una fuente de calor externa, ¿no es así? en el caso de una bailarina de ballet, no interviene ninguna fuente externa.
Sí, eso es lo que estoy diciendo, ¿cómo explicará el cambio en KE? Vea mi respuesta, hay una clara dependencia de KE con el cambio en el momento de inercia, aquí hay una fuente externa que puede proporcionar energía pero no puede explicar otras observaciones con este razonamiento
No pretendo explicar "otras" observaciones con este razonamiento. Se hizo una pregunta muy específica. y mencioné claramente en la respuesta que como no se dieron valores, no podemos calcular con seguridad. La sola presencia de una fuente de calor externa cambia la complejidad del problema.
Tu lógica sobre el problema de las bailarinas de ballet es impecable pero no hay fuerzas externas que (puedan) cambiar el momento de inercia. Creo que la pregunta se hizo específicamente por esto.
¡No puede probar que su respuesta es correcta también, porque no es válida para observaciones similares! Además, el momento de inercia no requiere que se cambie la fuerza / torsión externa, es decir, para el momento angular / de traslación. Es como una masa y se puede cambiar quitando partes u otras operaciones.
@Sangnik En el caso de una bailarina de ballet que se cruza de brazos, es la energía química almacenada internamente (como ATP) la que se convierte en energía cinética.
¡exactamente! es la "energía química interna".

Esto parece ser aplicable a los sistemas en los que yo se cambia a través de otros medios, como un bailarín de baile, es decir,

yo 1 ω 1 = yo 2 ω 2
k mi 2 = ( 1 / 2 ) yo 2 ω 2 2
k mi 2 = ( 1 / 2 ) yo 1 ω 1 2 ( yo 1 / yo 2 )
k mi 2 = k mi 1 ( yo 1 / yo 2 )

Existe una clara dependencia con el cambio en el momento de inercia, lo que noté es que cuando reducimos o aumentamos el momento de inercia, las partículas se mueven cerca o lejos del eje o rotación, es decir , movimiento en la dirección de la fuerza centrípeta Según yo, hay trabajo realizado por/contra la fuerza centrípeta cuando cambia en yo se lleva a cabo este trabajo es donde el k mi va o viene.

Imagina que estás empujando el costado de un enorme cubo de aluminio, con una fuerza constante F=20N. Al principio, la pared del cubo no se mueve y, por supuesto, no se realiza ningún trabajo. Pero luego alguien enciende el aire acondicionado y el cubo se enfría a una temperatura más baja. El ancho del cubo se contrae, digamos, 10 cm a medida que continúas aplicando una fuerza constante. ¿Hiciste algún trabajo en el cubo?

Ahora imagina el cilindro... y supongamos que también es de metal. Hay una fuerza centrípeta radial que "empuja" a cada molécula del cilindro. A medida que aumenta el calor, aumenta la distancia promedio entre las moléculas y el cilindro se expande. ¿Se realiza trabajo sobre las moléculas a medida que se expanden hacia afuera?

Dado que las fuerzas centrípetas que mantienen unido el cilindro tenían que aumentar, la tensión interna detrás de estas fuerzas también tenía que aumentar. Quizás, la energía potencial asociada con este estrés adicional podría explicar la reducción de la energía cinética.

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