Si la definición de trabajo realizado es un cambio en la energía cinética, cuando estoy empujando una caja por el suelo a una velocidad constante, ¿no estoy haciendo ningún trabajo?

¿Y todavía puedo decir que la energía química en mis músculos se está convirtiendo en energía cinética? Lo siento si esta es una pregunta estúpida, pero estaba haciendo algunas preguntas de física en un libro de texto, y una pregunta era sobre por qué un diagrama de Sankey de conversiones de energía en un automóvil no mostraba la energía cinética, pero si es a velocidad constante ¿por qué? ¿Eso significa que la energía química del combustible no se convierte en energía cinética si el automóvil se mueve? Y otro preguntó qué pasa con el trabajo realizado sobre una caja cuando la empujo con 65N 52° hacia el piso a velocidad constante, sin dar ninguna distancia, y la respuesta dice que todo el trabajo realizado se convierte en energía térmica, ¿por qué es ¿este? ¿El movimiento de la caja no es energía cinética?

Empujar una caja con una velocidad constante significa que también existe otra fuerza que contrarresta la tuya y, por lo tanto, el trabajo realizado por tu fuerza es igual al trabajo negativo realizado por la otra fuerza.

Respuestas (3)

Hay cierta variedad en cómo se define el trabajo en diferentes libros de texto.

La más común es definirlo simplemente como el producto de la fuerza por la distancia (o generalizaciones de eso, teniendo en cuenta las direcciones de los vectores). Este estilo de definición define el trabajo realizado por una fuerza. Hay un problema con esta definición, que es que la distancia no está bien definida para una fuerza como la fricción cinética, donde hay deslizamiento y no hay un punto de contacto bien definido. En este estilo de definición, existe un teorema de trabajo-cinética-energía (no definición), que iguala el trabajo total realizado sobre un objeto (contando la "distancia" como la distancia recorrida por el cm del objeto) con el cambio en KE. En tu ejemplo, la fuerza de tu mano sobre la caja no es la única fuerza que realiza trabajo.

El estilo de definición utilizado por su libro es en realidad el que prefiero . Sin embargo, definir el trabajo como un cambio en KE no funciona del todo, ya que queremos poder hablar sobre el trabajo realizado por fuerzas individuales. Entonces, en este estilo de definición, una mejor manera de hacerlo es definir el trabajo como una transferencia de energía por una fuerza macroscópica: cualquier tipo de energía, no solo KE. Entonces, en su ejemplo, como dice, la energía química en su músculo y el glucógeno hepático se transfieren a la caja. Pero al mismo tiempo, hay energía que fluye hacia el calentamiento por fricción. Los dos flujos de energía se cancelan, por lo que la KE macroscópica de la caja permanece constante.

Si empujas una caja con fuerza constante F y la caja se mueve con rapidez constante (aceleración a = 0 ) esto significa que la fuerza total F T actuar sobre la caja es F T = 0 (porque F T = metro a = 0 ). Así que debe haber otra fuerza F F debido a la fricción que actúa sobre la caja que cancela tu fuerza

F F = − F
(lo mismo se aplica a un coche, con F la "fuerza de propulsión" y F F el roce con la carretera).

Entonces, de hecho, el trabajo total W T ejercida sobre la caja va a ser 0 porque

W T = Δ k = 0
dónde Δ k es el cambio en la energía cinética y eso es 0.

Sin embargo , a uno generalmente le interesa la cantidad de trabajo que está ejerciendo y, desde su punto de vista, está ejerciendo una fuerza. F por una distancia X para que tu trabajo sea

W = F X
De hecho, estás consumiendo energía cuando empujas una caja o conduces un automóvil.

Desde el punto de vista de la caja, por otro lado, también hay una fuerza opuesta F F ejerciendo trabajo W F . Sumando los dos componentes

F T X = ( F + F F ) X = Δ k = 0
Indicando que
F X + F F X = 0
de modo que
W = F X = − F F X = − W F
es decir, el trabajo total es 0 pero los individuales ( W y W F ) no lo son, pero se anulan entre sí).

Entonces el teorema KE

W = Δ k
se cumple si sumas todas las fuerzas que actúan sobre el objeto. Sin embargo, todavía hay energía cinética escondida en alguna parte en el hecho de que estás ejerciendo trabajo: tus músculos se están moviendo, el suelo se va a calentar debido a la fricción, etc. La energía aún se conserva, pero tu trabajo, en lugar de ir directamente a KE de la caja está entrando en energía cinética "más degradada" debido a la fricción. ¡ Pero estás ejerciendo trabajo incluso si la caja no acelera!

Entonces:

  • ¿Cuál es el trabajo que estoy ejerciendo? W = F X

  • ¿ Cuál es el trabajo total ejercido por las fuerzas externas sobre la caja? W T = 0

Empujar una caja a una velocidad constante no aumenta su KE ya que no acelera. Si no hubiera fricciones u otras fuerzas actuando sobre la caja, seguiría moviéndose a su velocidad constante sin que tú la empujaras. Sin embargo, las fricciones con el piso y la resistencia del aire actuarán para resistir su velocidad constante, por lo que la energía que usa para empujarlo solo se opone a las resistencias de fricción y se convierte en energía térmica.

Si la definición de trabajo realizado es un cambio en la energía cinética, cuando estoy empujando una caja por el suelo a una velocidad constante, ¿no estoy haciendo ningún trabajo?
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