¿Por qué la energía no se agota sola?

La energía cinética es una propiedad de los objetos en movimiento, no algo que consumen los objetos en movimiento. Un objeto en movimiento no puede agotar su energía cinética moviéndose más de lo que un objeto rojo puede agotar su rojez siendo rojo.

La energía se conserva, es decir, no se crea ni se destruye, sino que solo se transfiere entre formas.

Se requiere energía para acelerar un objeto, esto se llama hacer trabajo sobre el objeto. Esa energía se transfiere a energía cinética. La energía se almacena en la velocidad de los objetos, no es que el objeto necesite usar la energía para seguir moviéndose.

Sin embargo, en la vida real existen fuerzas de fricción que actúan para frenar un objeto. Las fuerzas disipan la energía del objeto en forma de calor y, por lo tanto, para mantener una velocidad constante, se debe realizar más trabajo sobre el objeto.

La energía solo es útil cuando podemos usarla para hacer un trabajo, por ejemplo, acelerar un objeto. Para hacer trabajo debemos tener una reserva de energía que sea más alta en energía que el entorno. La disipación de energía a lo largo del tiempo está relacionada con el aumento de la entropía, por lo que sería cierto que la cantidad de energía útil disminuye con el tiempo.

Piensa en lo que sucede con la energía cinética agotada. Si la ley de conservación de la energía es cierta, debe ir a alguna parte, ¿no? En la mayoría de los casos, la fricción hace que el objeto pierda su energía cinética en forma de calor. Sin embargo, si no hay fricción, o alguna otra forma en que el objeto pierda su energía cinética, la energía cinética no disminuirá. Por ejemplo, un cohete en el espacio profundo no pierde su energía cinética y continúa moviéndose para siempre.

Una analogía que encontré para ayudar con esto proviene de Alice in Quantumland , que compara la energía con el dinero.

El dinero viene en diferentes formas: Efectivo, ahorros en cuentas bancarias, acciones, etc. Cuando compramos algo con dinero, el dinero no se agota ni se destruye, simplemente se le da a otra persona. En general, podemos decir que una persona tiene una cierta cantidad de dinero, y podemos decir cuánto hay en cada forma diferente. Una persona puede transformar algo de dinero de un tipo a otro retirando dinero de una cuenta bancaria o vendiendo algunas acciones.

Del mismo modo, con la energía, un sistema tiene una energía total dada en diferentes formas: calor, energía potencial, energía cinética, etc. La energía se puede transformar entre estas formas dentro de un sistema y el total permanece igual. Por ejemplo, cuando un objeto se desliza por una pendiente, la energía potencial se transforma en energía cinética, pero el total sigue siendo el mismo. En teoría, un objeto en movimiento sin fuerzas externas continúa en movimiento a la misma velocidad y tiene la misma energía cinética sin pérdidas (primera ley de Newton), pero en el mundo real, los objetos en movimiento casi siempre están sujetos a fricción, lo que provoca algunos de la energía cinética para transformarse en calor.

Puedes observar esto de una manera bastante simple. Si mueves la mano por el aire, adquiere cierta velocidad. Si dejas que se deslice por la otra mano, notarás que se ralentiza y tus manos se calientan. Esta es una transferencia de energía cinética a energía térmica a través de la fricción. (perdón si no he descrito muy bien el experimento).

Recuerde cuando decimos que algún sistema pierde o agota energía, esencialmente queremos decir que el sistema está haciendo un trabajo positivo en otro sistema, de modo que la cantidad de trabajo realizado es la cantidad de energía transferida al otro sistema.

Por lo tanto, para que un objeto pierda algo de su energía cinética, tiene que hacer un trabajo positivo sobre algo, en la mayoría de los casos, lo hace para vencer la fricción.

Lo hace.

Las leyes de la termodinámica básicamente establecen que cualquier interacción entre objetos da como resultado que una parte de la energía de esa interacción se desperdicie como calor residual. Como resultado, la cantidad de energía utilizable en el universo disminuye continuamente, mientras que la cantidad de calor residual aumenta lentamente. El punto en el que toda la energía del universo se ha convertido en calor residual se conoce como la "muerte térmica del universo".

Afortunadamente, la velocidad a la que esto ocurre es muy pequeña, y el universo tiene mucha energía, por lo que esto no ocurrirá hasta dentro de miles de millones de años.

Debido a la simetría por traslación en el tiempo, la energía se conserva. Permítanme recordarles, de Noether, que la energía no es una cosa, es una cantidad.

Pero la intuición que construimos dentro de nosotros mismos en la Tierra, es que la energía se usa de cierta manera. En realidad la energía no se consume pero su naturaleza cambia .

La energía de un sistema aislado se conserva. Si su objeto en movimiento está aislado, la energía se conserva.

Si el objeto se somete a la resistencia del aire, la viscosidad del fluido, entonces la energía se transforma parcialmente en movimiento del fluido y calentamiento del fluido, y al mismo tiempo cambia la velocidad. En$\sum\vec F = m \vec a$a la izquierda las fuerzas son del entorno (fluidos) ya la derecha el objeto acelera (negativa o positivamente). En su caso (explícitamente un objeto en movimiento aislado), no hay fuerza, por lo tanto, no hay aceleración, por lo tanto, energía cinética constante.