¿Qué es exactamente el trabajo?

¿ Qué es exactamente el trabajo ? Mi libro me confunde:

una fuerza puede levantar un objeto a una altura h, o puede acelerar un objeto a través de la gravedad. En todos estos casos, una fuerza desplaza un objeto y cambia la energía total del objeto.

Los ejemplos que da me confunden. Por un lado, está la elevación y la aceleración por gravedad.

Puedo imaginar cómo el levantamiento cambiará la energía total (cinética + potencial). Básicamente, le da más energía potencial y no le quita energía cinética. Pero simplemente dejar caer un objeto y dejar que la gravedad haga el trabajo no me parece que aumente la energía total. Porque las cantidades totales de energía cinética y potencial deben ser iguales. Si solo lo dejas caer, el objeto ganará cinética y perderá algo de potencial. No es realmente nada añadido a la energía total.

Para ver una buena imagen del trabajo, consulte aquí . Feynman lo explica mejor que cualquiera de nosotros, aunque puede ser un poco avanzado.

Respuestas (5)

El trabajo es la transferencia de energía de un sistema a otro O la transformación de energía de una forma a otra. De cualquier manera, el trabajo no crea energía.

Cuando levanto un objeto, estoy transfiriendo energía de mi cuerpo/músculos al sistema objeto-tierra. La energía se convierte en energía potencial del sistema objeto-tierra porque aumenta la separación entre el objeto y la tierra.

Cuando dejo caer un objeto, la energía permanece en el sistema objeto-tierra, pero se transforma de energía potencial a energía cinética. La fuerza gravitacional hace el trabajo, es decir, produce la transformación de energía de una forma a otra.

Tiendo a estar más de acuerdo con la transferencia que con el 'gasto' de energía. Conserva el único hecho que conocemos sobre la energía: que se conserva. Aparte de eso, no sabemos absolutamente nada más sobre qué es la energía.
Bien dicho, creo que esta es una buena explicación, sin el uso de matemáticas.
Perdón, pero estas equivocado. "El trabajo es la transferencia de energía de un sistema a otro O la transformación de energía de una forma a otra". Esto es incorrecto. El trabajo es la transferencia de energía desde algún lugar a la energía cinética. El trabajo de una fuerza F obedece: W F = Δ T F , dónde Δ T F es el incremento de energía cinemática debido a la fuerza F . Lo que sucede es que si tenemos múltiples fuerzas, una fuerza puede convertir energía en energía cinemática del cuerpo y otra fuerza puede absorber energía de la misma energía cinemática.
@Nogueira Si levanto un objeto contra la gravedad a una velocidad constante, no hay cambios en la energía cinética de nada, pero se está realizando trabajo. Además, si el trabajo se definiera como energía cinética cambiante, el teorema trabajo-energía cinética no tendría contenido. No estoy seguro de qué es la "energía cinemática".
Tienes razón cuando dices que el dúo de energía Kinect no cambia. Pero la energía cinética hasta jugar el agujero de "canal" para el intercambio de energía entre la mano y la energía potencial. Si no puede tener la oportunidad de cambiar la energía cinética, entonces el trabajo no puede usarse para intercambiar energía.
@pwf "El trabajo es la transferencia de energía de un sistema a otro O la transformación de energía de una forma a otra". Así que no importa si es energía cinética o potencial lo que se convierte o transfiere. Quiero decir que puedo empujar un objeto y aumentar su energía cinética usando la "energía química" de mis músculos. Es por esto que podemos usar la definición de poder ya sea como d W d t o d mi d t ? Pero a partir de la definición de trabajo como el producto escalar de la fuerza y ​​el desplazamiento, queda claro que es igual al cambio de energía cinética y no tiene nada que ver con la energía potencial. ¿Dónde estoy equivocado?

El trabajo se define como ∫ F ( d ) ⋅ d dónde F ( d ) es la fuerza neta que actúa sobre el objeto. Eso es, esa es la definición.

Usted podría preguntar; ¿Por qué los científicos hablan tanto de energía y trabajo? La respuesta es que la ciencia experimental muestra que la energía en un sistema es constante y, por lo tanto, la energía es un concepto útil del que se puede hablar en un sentido significativo.

¿No es esa definición bastante específica? ¿Qué pasa con el trabajo que se necesita para comprimir un gas? La fórmula que escribiste para esta aplicación de trabajo no tiene sentido. Debe haber una forma más general de definirlo.
Su notación es un poco confusa, pero creo que tiene un factor extra de d. @docscience: se necesita una fuerza para comprimir un gas (por ejemplo, la fuerza que empuja un pistón en un cilindro si así es como se confina el gas), e integrar esa fuerza a lo largo del camino sobre el que actúa es realmente significativo. Si esa es la definición o simplemente una forma matemática de contabilizar el trabajo es una pregunta filosófica, pero ciertamente se puede calcular.
@docscience ¿De qué otra manera definiría el trabajo para poder calcularlo? d W = F → ⋅ d r → me parece bastante general y fundamental. Estoy interesado en una definición computacional más fundamental si es posible.
@BillN Un contraejemplo: el trabajo termodinámico de un ciclo de Carnot donde el trabajo está determinado por la integración del contorno de un bucle de presión-volumen:
W = ∮ PAG d V
No d W = PAG d V surgir de d W = F   d r = PAG A   d r → PAG d V ?
Veo la edición y es una mejora, pero ahora no hay diferencia. Qué tal si ∫ F → ( d → ) ⋅ d d → ¿en cambio? (Es un poco feo usar d → para el vector de posición/desplazamiento, pero funciona de esta manera).

Tienes toda la razón, dejar que un objeto caiga bajo la influencia de la gravedad no cambiará su energía cinética + potencial, solo transforma la energía potencial en energía cinética, dejando el total constante.

Sin embargo, OTRAS fuerzas podrían hacer que la energía cinética aumente sin cambiar la energía potencial. Imagina una pista de hielo plana y un disco sentado en el medio. Inicialmente, el disco tiene cero energía cinética y algo de energía potencial dependiendo de qué tan alto esté la pista de hielo. ¡Luego lo golpeas con un palo y se desliza! El disco todavía está a la misma altura, pero ahora tiene energía cinética: la fuerza (golpearlo con un palo de hockey) hizo que ganara energía.

La fuerza también podría hacer que el disco PIERDA energía cinética. Por ejemplo, si el disco se desliza hacia una portería y un portero lo detiene, la fuerza sobre el disco HA DISMINUIDO EL DISCO, disminuyendo así su energía cinética.

¿Estoy en lo cierto al pensar que la convención es que, cuando un defensa golpea el disco estacionario, decimos que el defensa ha hecho trabajo (es decir, ha transferido energía) sobre el disco, y cuando el portero detiene el tiro, decimos que el disco tiene hecho el trabajo en el portero?
Eso es correcto

El trabajo es la transferencia de cualquier tipo de energía a energía cinética.

T = metro v 2 2
dónde v es la velocidad de la partícula en algún marco de referencia y metro es la masa del cuerpo.

Cuando el cuerpo es levantado en un campo gravitacional, una fuerza F se requiere para equilibrar la fuerza gravitacional F gramo . Durante el levantamiento, la fuerza F 1 están haciendo un trabajo positivo W F 1 = | W F 1 | y la gravedad están haciendo un trabajo negativo W F gramo = − | W F gramo | . En cualquier instante de tiempo, la energía cinemática del cuerpo es igual a (suponiendo que los cuerpos se toman del reposo):

T = Δ T 1 = W F 1 + W F gramo = | W F 1 | − | W F gramo |

Luego, durante el levantamiento, el trabajo realizado por la fuerza F debe ser mayor que el trabajo gravitacional. Cuando terminas de levantar, el cuerpo se detiene y esto es una aceleración, por lo que necesitamos una fuerza para hacerlo. Ahora una fuerza F 2 es necesario detener el cuerpo. Esta fuerza también hace un trabajo, necesita aumentar la energía cinética:

W F 2 = Δ T 2 = − Δ T 1 = − | W F 1 | + | W F gramo |

entonces

W F 1 + W F 2 = − W F gramo

Esto significa que el trabajo realizado por F 1 y F 2 es igual al negativo del trabajo realizado por la gravedad. Por conservación de la energía, el trabajo realizado por la gravedad es igual a la energía extraída del campo gravitatorio.

Δ mi gramo = W F 1 + W F 2

El trabajo es una definición del gasto de energía a lo largo del tiempo.

Eso es todo.

No está contenido en la definición de ninguna otra cantidad física. Se podrían hacer muchos ejemplos que generen trabajo con reacciones químicas (motores de combustión interna, explosivos), dinámicas mecánicas (disparo de pistones), transformación electromecánica (motor eléctrico), etc. Incluso energía potencial en un campo de gravedad como la altura de una masa sobre el centro de la tierra.

Estás confundiendo la energía del sistema cerrado. Su sistema cerrado NO aumentaría ni disminuiría la energía. Se transformaría de una a otra forma. Creo que lo que dice ese pasaje de libro mal escrito es que la energía POTENCIAL total cambia al convertirse en otras formas como cinética (movimiento) y otras como energía mecánica (ondas de sonido emitidas), etc. Cualquier otra cosa está rompiendo la primera ley de la termodinámica. La energía se conserva y no se puede crear ni destruir.

No, tu definición está más cerca de la definición de poder. La cantidad de trabajo realizado no tiene relación directa con el tiempo. (Además, ¿qué es "gasto" aquí?)
Sí, ¿qué significa 'gastar' energía? Dado que no puedes crear o destruir energía, gastar energía debe ser solo una forma de decir que la has movido de una región del espacio a otra. Y en el proceso obtuvo la ventaja de mover, calentar o comprimir algo. ¿Bien?
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