Estoy tratando de comprender los conceptos básicos de energía y tengo una pregunta sobre la conservación de la energía.
De acuerdo con el libro de Feynman y Wikipedia, la ley de conservación de la energía establece que los sistemas físicos aislados (sistemas físicos sin fuerza resultante ejercida sobre ellos, solo fuerzas internas) conservan su energía.
Pero luego imagino algún objeto en algún punto sobre la superficie de la tierra (sin tener en cuenta la resistencia del aire). Claramente, no es un sistema físico aislado (se ejerce gravedad sobre él), pero de alguna manera, mientras cae libremente, su energía se conserva (su energía potencial, basada en su posición relativa a la tierra, se transfiere a su energía cinética).
Sé que el sistema tierra-objeto se puede considerar como un sistema aislado, pero lo que tengo curiosidad es que para algunos sistemas no aislados (la masa sobre la tierra), la energía se conserva.
Entonces, parece que la ley de conservación de la energía a veces funciona solo para sistemas aislados, pero a veces para sistemas no aislados.
Entonces, ¿a qué tipos de sistemas se aplica realmente la ley de conservación de la energía? O de manera equivalente, ¿qué son realmente los "sistemas físicos aislados"?
Como usted citó,
la Ley de Conservación de la Energía establece que los sistemas físicos aislados conservan su energía.
Pero nadie dice que un sistema no aislado no pueda conservar su energía.
La masa sobre la Tierra recibe la acción de un campo que es conservativo, el campo gravitatorio. En un campo conservativo se conserva la energía total de un cuerpo, mientras sólo se transforma, reversiblemente , de una forma a otra. En su caso, la energía potencial gravitatoria se transforma en cinética y viceversa. Es decir, al caer sobre la Tierra, si la colisión del objeto con la Tierra es completamente elástica (sin pérdida de energía), el objeto rebotaría, luego volvería a caer, y así sucesivamente.
No existen sistemas absolutamente aislados , solo aproximadamente aislados. El Universo está lleno de cuerpos, cada objeto está sujeto a la atracción de otros objetos. En nuestros laboratorios hacemos todo tipo de experimentos en el vacío pero nunca podemos realizar el vacío absoluto .
Sobre la conservación de la energía, en la física clásica podemos decir que siempre se cumple, a condición de que tomemos en consideración todas las formas de energía involucradas en el proceso que se examina. Por ejemplo, si al examinar su objeto moviéndose en el campo gravitatorio de la Tierra tomamos en consideración la fricción con el aire, la conservación de la energía mecánica ya no se sostiene . Pero si sumamos la energía perdida por fricción, la energía total permanece constante.
Ampliando lo que dijo Sofía, la masa sobre la Tierra no es un sistema aislado porque la gravedad actúa sobre él. Como ella dijo, solo aproximan la salida de sistemas aislados, imagina un trozo de hierro en una habitación. Hay un campo magnético establecido en la habitación, pero como estás dentro no lo sabes. El bulto comienza a moverse y mide KE. Concluiría que el mínimo está roto, pero en realidad no estaba considerando un sistema cerrado. Si supiera que hay un campo, entonces habría medido una energía potencial antes y, por lo tanto, la ganancia en KE habría tenido sentido.
Juan Rennie
nerd