Siempre me han dicho que el trabajo realizado por fricción puede, como mucho, ser cero, pero nunca positivo. Pero considere dos bloques colocados uno encima del otro, de modo que sus superficies en contacto sean rugosas. Si le damos al bloque en la parte superior una cierta velocidad horizontal, entonces, en palabras crudas, podemos decir que la fricción intentará ralentizar el bloque en la parte superior y acelerar el otro, oponiéndose así al movimiento relativo. Entonces, en este caso, ¿no sería positivo el trabajo realizado por la fricción sobre el bloque en la parte inferior? Por favor corrígeme si me he equivocado.
Tiene toda la razón, tanto en su descripción de la fricción como en su duda con respecto a la declaración dada en los signos.
El punto clave a tener en cuenta es: los signos no tienen un significado físico en sí mismos. Son una invención humana matemática. Las señales son nuestro método creado por el hombre para indicar la dirección en relación con otra cosa, eso es todo.
Una forma práctica de usar signos es inventar o elegir arbitrariamente una dirección que llamamos positiva . Cualquier magnitud a lo largo de esta dirección se puede considerar positiva y se le da el signo ; cualquier magnitud opuesta a esta dirección se puede considerar negativa y se le da el signo . Es posible que necesitemos varias de estas direcciones de referencia (una por dimensión), y juntas las llamamos un sistema de coordenadas .
Tenga en cuenta que un sistema de coordenadas se elige arbitrariamente, es una herramienta inventada para nuestro bien matemático sin un significado físico inherente, por lo que los signos también se eligen arbitrariamente. Afirmar que algo siempre es, digamos, negativo no tiene sentido a menos que lo comparemos implícitamente con otra cosa.
Entonces la declaración:
El trabajo realizado por la fricción puede, como máximo, ser cero, pero nunca positivo.
no es correcto Puede elegir sistemas de coordenadas a voluntad y elegir fácilmente uno que le proporcione una fuerza de fricción positiva. Como mínimo, esta afirmación requiere algunas suposiciones sobre la orientación del sistema de coordenadas para que sea correcta.
podemos decir que la fricción intentará ralentizar el bloque de arriba y acelerar el otro
Esto es exactamente correcto. La fricción, debido a su propia naturaleza, siempre tirará en la dirección que prevendrá o detendrá el deslizamiento. Por lo tanto, siempre tira para mantener juntas las dos superficies, incluso si esta es una dirección que provoca movimiento. (Simplemente no debe causar movimiento relativo entre los dos bloques, pero puede causar movimiento en general). Esto se aplica tanto a la fricción cinética como a la estática .
Y te estás refiriendo correctamente a la tercera ley de Newton cuando dices que la fricción también intentará acelerar el otro bloque de abajo. Porque según la tercera ley de Newton, cualquier tirón en una dirección por parte de un cuerpo viene con un tirón igual pero opuesto en el otro cuerpo. Esta otra fuerza de fricción intentará hacer que el otro bloque se acelere, porque eso ayudará a evitar el deslizamiento (ayuda a mantener los bloques juntos si el bloque estacionario se lleva junto con el bloque en movimiento).
Debido a la tercera ley de Newton, siempre veremos un par de fuerzas apuntando en direcciones opuestas y nunca una sola fuerza. Entonces, si el sistema de coordenadas se mantiene constante para ambos cuerpos, entonces una fuerza de fricción tirará en una dirección positiva y la otra en una dirección negativa. Siempre. Solo si cambiamos el sistema de coordenadas entre los dos cuerpos, puede ser correcto tener la fuerza de fricción apuntando en la dirección negativa en ambos casos.
El principio de conservación de la energía nos dice que la energía nunca se consume ni se produce, solo se convierte. Y la naturaleza misma de la fricción es que solo convierte energía cinética en calor, nunca al revés.
Si ignoramos la parte del calentamiento (como lo hace la oración "el trabajo realizado por la fricción puede, como máximo, ser cero, pero nunca positivo"), la energía total en el sistema disminuye por la fricción.
El bloque superior pierde energía al disminuir la velocidad y el bloque inferior gana energía al comenzar a moverse. El estado estable estará determinado por la conservación del momento y dará como resultado que ambos bloques se muevan juntos con la misma velocidad. Si haces los cálculos, encontrarás que el bloque de arriba pierde más energía que la que gana el de abajo, y esa pérdida de energía cinética es lo que la oración intenta expresar.
Prateek Mourya
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