¿Por qué la energía potencial de cualquier objeto no es igual a 0?

Considere una partícula en el suelo. Esta partícula es elevada por una fuerza de magnitud metro gramo a una altura h por encima del suelo. En este punto, el trabajo realizado sobre la partícula por la fuerza es metro gramo h , que es igual a la energía potencial de la partícula. Pero, durante este período, la fuerza de gravedad también actúa sobre la partícula y es desplazada por h , y también lo hace una obra de − metro gramo h sobre la partícula. ¿No deberían cancelarse los dos y no debería realizarse ningún trabajo neto sobre la partícula?

Si no se cancelan, ¿adónde se fue la energía proveniente del trabajo realizado por la fuerza de gravedad?

Tenga en cuenta que el trabajo es una cantidad escalar. ¿Se aplicarán las leyes de adición de vectores? :)
Nótese que la definición de trabajo W = ∫ γ F ⋅ d r depende de que fuerza F se refiere, por ejemplo, a la fuerza gravitacional, la fuerza de fricción, la fuerza neta, etc. La energía potencial gravitacional, por definición, solo se refiere al trabajo de la fuerza gravitacional y no a ninguna otra fuerza.
@Qmechanic: ¿Podría dar más detalles?
@mikhailcazi: No creo que haya usado la suma de vectores.
@Gerard, tu razonamiento de que una fuerza produce un trabajo en una dirección determinada y otra fuerza opuesta produce un trabajo opuesto , lo que hace que se cancelen, es una especie de suma de vectores, ¿no es así? Además, QMechanic tiene razón. El trabajo está separado para cada fuerza, no es realmente agregable. :/
@mikhailcazi: Pero entonces, ¿por qué agregamos el trabajo realizado cuando se trata de fricción (como ejemplo)? Por ejemplo, si empujo un bloque sobre una superficie con una fuerza F por una distancia S , con una fuerza de fricción F , la energía que posee el cuerpo al final está dada por F S − F S .
El cambio de energía se calcula haciendo eso; no es realmente trabajo en red. Si recuerdas el teorema del trabajo-energía: W C o norte s mi r v a t i v mi + W norte o norte − C o norte s mi r v a t i v mi + W o t h mi r = Δ k . mi .

Respuestas (1)

Piensa en el teorema del trabajo y la energía cinética, que establece que el trabajo neto realizado sobre un objeto es igual a su cambio en la energía cinética:

W norte mi t = Δ k mi .

Tienes razón en que al levantar un objeto de masa metro por una altura h , en un campo gravitacional uniforme, el trabajo que haces es W y o tu = metro gramo h (asumiendo, como dijiste, que estás aplicando una fuerza de metro gramo ), y para ese mismo desplazamiento, el trabajo realizado por la gravedad es W gramo r a v = − metro gramo h . El hecho de que estos dos se cancelen ( W norte mi t = W y o tu + W gramo r a v = 0 ) significa que el cambio en la energía cinética del objeto después de ser levantado es 0 . Entonces, el trabajo realizado por la gravedad se dedicó a succionar energía del objeto que estaba agregando, convirtiéndola así en energía potencial gravitatoria. (Si no fuera succionado, entonces el objeto ganaría energía cinética; solo imagine un caso en el que aplica la misma fuerza al objeto que cuando lo levantó, pero esta vez no hay campo gravitatorio. Entonces, dado que habrá una fuerza neta sobre el objeto en ese caso (o, el trabajo neto lo realizará (usted)), la KE del objeto aumentará). Mientras tanto, el cambio en la energía potencial gravitatoria del objeto es Δ tu = − W gramo r a v .

Entonces, para resumir, haces un trabajo positivo en el objeto al levantarlo. Normalmente, ese trabajo haría que la KE del objeto aumentara. En este caso, sin embargo, tenemos la gravedad haciendo trabajo negativo simultáneamente, por lo que el trabajo que estás haciendo se convierte en energía potencial por la gravedad. No se realiza trabajo neto, por lo que el objeto no tiene KE después de ser levantado.

Excelente respuesta Solo para aclarar, ¿cuál es la definición exacta de un 'campo' (campos magnéticos, campos gravitacionales, etc.)? Si empujamos un objeto sobre una superficie rugosa, la fuerza de fricción realiza un trabajo negativo, absorbiendo la energía cinética. Pero también produce calor, cosa que no hace la gravedad. Supongo que esto se debe a que el objeto gana energía potencial. Pero, ¿cuándo surge exactamente esta energía potencial?
Un campo (en física) es una cantidad con un valor en cada punto del espacio. Puede tener un campo vectorial, un campo de temperatura (escalar), etc. La conexión entre un campo y una energía potencial es que los campos asociados con fuerzas conservativas pueden escribirse como el gradiente de alguna cantidad física (por ejemplo, potencial gravitacional), y si hace una integral de línea en estos campos (por ejemplo, calcular el trabajo realizado), el resultado depende solo de los puntos inicial y final. Los campos gravitatorios son conservativos, mientras que los campos magnéticos no lo son, por ejemplo. El trabajo realizado por la fricción depende de la trayectoria, por lo que no es conservativo.
Entonces, los campos magnéticos no son conservativos porque no se pueden escribir como un gradiente, ¿verdad? Tienen diferentes formas en total.
Puede definir una energía potencial para fuerzas/campos conservativos, pero no para fuerzas no conservativas como la fricción. Entonces, en el caso de un campo gravitatorio (conservador), la energía potencial surge por el hecho de que la gravedad es un campo de fuerza/vector conservativo (por lo que se define la energía potencial). Cada vez que el campo conservativo realiza un trabajo +/- sobre un objeto, la energía potencial de ese objeto cambia. Cuando una fuerza no conservativa como la fricción funciona, esa energía se convierte en calor, como dijiste en el comentario anterior.
Así es, los campos magnéticos no se pueden escribir como un gradiente. En su lugar, se pueden escribir como un rizo.
@MikeBell Una declaración como "Mientras tanto, el cambio en la energía potencial gravitacional es D mi yo t a tu = − W \rn gramo r a v ” puede ser engañoso en el sentido de que el objeto por sí mismo no puede ser un depósito de energía potencial gravitacional. Necesitas tener la Tierra y el objeto como sistema.
¿Por qué la energía potencial de cualquier objeto no es igual a 0?
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