Supongamos que estoy deslizando un bloque muy lentamente sobre una superficie rugosa. Si el bloque ha viajado distancia, entonces el trabajo realizado por mí es y que por rozamiento es .
Ahora la energía transferida de mí al bloque es y la tomada por fricción del bloque es , La energía neta del bloque sigue siendo la misma, pero la energía tomada por la fricción evoluciona como calor y eso es igual a mi energía química consumida, por lo que la energía total de sistema permanece constante.
Ahora si saco un bloque de masa lentamente hacia arriba hasta una altura , entonces el trabajo realizado por mí es (asumiendo es mucho menor que el radio de la tierra) y que por gravedad es . Por lo tanto va de mi a bloque y del bloque a la tierra, así que aquí tampoco cambia la energía del bloque, entonces ¿por qué decimos que aumenta la energía potencial del bloque?
Sé que me falta algo aquí, ya que la energía total del sistema no se conservaría si la energía del bloque no cambia y mi energía disminuye.
Por favor, ayúdame a entender dónde me equivoco.
Entonces, aquí tampoco cambia la energía del bloque, entonces, ¿por qué decimos que aumenta la energía potencial del bloque?
Esta es una confusión común y se debe a una mala comunicación, no a una falla en su comprensión, lo que parece ser correcto.
La energía potencial es la energía que está disponible en virtud de la configuración de un sistema. En este caso la energía potencial es . Ahora, considere qué sistema describe esta energía potencial. Tenemos , que es una propiedad del bloque, pero es una propiedad de la tierra, y Es una relación entre el bloque y la tierra. Entonces el sistema que tiene energía potencial es el sistema tanto del bloque como de la tierra.
Entonces, cuando decimos que "la energía potencial del bloque aumenta", en realidad estamos cometiendo un error. Deberíamos decir "aumenta la energía potencial del sistema bloque+tierra". Así, cuando dices:
Por lo tanto va de mi a bloque y del bloque a la tierra
Si enseñáramos correctamente la energía potencial desde el principio, habrías dicho: "Por lo tanto, va de mí a bloque y la energía potencial del sistema bloque+tierra aumenta en "
Creo que un aspecto de su comprensión que es incorrecto es el de la energía potencial.
Entonces, aquí tampoco cambia la energía del bloque, entonces, ¿por qué decimos que aumenta la energía potencial del bloque?
El término "energía potencial del bloque" es en realidad incorrecto. La energía potencial es una propiedad de un sistema de dos o más partículas, siendo en este caso la de la Tierra y el bloque. De ello se deduce que la forma correcta de expresar este cambio en la energía potencial gravitatoria es que la energía potencial gravitacional del sistema Tierra-bloque aumenta.
Ahora, por la razón de su aumento: ha ejercido una fuerza y el desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza no es perpendicular a la fuerza (o cero), lo que significa que ha realizado un trabajo en el sistema que comprende la Tierra y el bloque. . Lo has escrito correctamente como
Espero que esto ayude.
Tanto para los ejemplos de deslizamiento como de elevación, el trabajo neto realizado en el bloque es cero. Todo lo que eso significa es que el cambio en la energía cinética macroscópica (cambio en la energía cinética del movimiento del bloque como un todo) del bloque es cero, según el teorema de la energía del trabajo. Para el ejemplo del deslizamiento, la velocidad es constante, por lo que el cambio en la energía cinética es cero. Para el ejemplo de levantamiento presumiblemente el bloque comienza en reposo (en el suelo) y termina en reposo en , para un cambio en KE de cero.
Pero el teorema del trabajo y la energía no excluye un cambio en la energía potencial porque, como se señaló en otras respuestas, la energía potencial no es una propiedad del objeto (el bloque) sino una propiedad del sistema. Eso es porque la energía potencial es la energía de la posición de un objeto en relación con otra cosa. En este caso, la energía potencial gravitatoria es una propiedad del sistema Tierra-bloque debido a la posición del bloque con respecto a la Tierra.
Espero que esto ayude.
Verás, el concepto de energía potencial allí en realidad implica el trabajo realizado por las fuerzas gravitatorias. Introducimos la energía potencial para fuerzas conservativas especialmente para no volver a calcular el trabajo de estas fuerzas cada vez. Entonces, en el segundo caso, simplemente elige si considera el trabajo de la fuerza gravitatoria o la energía potencial, no ambos.
ACB