Cómo calcular la energía desperdiciada

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Cómo calcular la energía desperdiciada

bobie

Suponga que está tirando de un peso a lo largo de una pista en un ángulo ( en la imagen de 45°).

Si el objeto se disloca una distancia $D_{45}$ Supongamos que el trabajo mecánico realizado sobre/la energía transmitida al objeto es:

W_{45} = (\vec{F} \cdot \vec{d} = F d {porque}_{45}) = k j

$W_{45} = (\vec{F}\cdot\vec{d} = Fd\cos_{45}) = K J$ , que en la imagen se llama: poder de trabajo (real).

Si hubiera tirado a lo largo de la pista, presumiblemente la distancia recorrida por el objeto sería $D_0$ = $D_{45} /cos_{45}$ y el trabajo realizado seria

W_{0} (= {mi}_{0}) = (\vec{F} \cdot \vec{d} = F d {porque}_{0}) = k / C o s_{45} = k * 1.41 j

$W_0 (= E_0) = (\vec{F}\cdot\vec{d} = Fd\cos_{0}) = K/cos_{45} = K * 1.41 J$ , que en la imagen se llama: potencia total (aparente)

Si esto es correcto, ¿podemos suponer legítimamente que se quemó la misma cantidad de energía/ calorías en ambos casos, es decir: $E_0 = E_{45} = 1.41 * K$ , pero, como el trabajo realizado es menor, es decir: ( $W_{45} < W_0 = 0.7* W_0$ ) ¿podemos por tanto concluir que la energía desperdiciada en el primer caso ( calorías quemadas sin realizar ningún trabajo mecánico ) es del 41 %? Esa energía se desperdició tratando de dislocar la vía o descarrilar el carro: potencia no operativa (reactiva)

ingrese la descripción de la imagen aquí

(Si esto no es correcto, ¿cómo podemos calcular la energía desperdiciada cuando aplicamos una fuerza en un ángulo mayor a 0°?)

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Por lo tanto, no se desperdicia energía mecánica tirando en ángulo... Sin embargo, esto pasa por alto el hecho de que los músculos son cosas ineficientes y consumen energía incluso cuando no se realiza ningún trabajo mecánico.

Sabía que no se hace ningún trabajo mecánico en exceso, eso es por la peculiaridad de la definición de trabajo . Traté de esquivar este obstáculo hablando de calorías quemadas : pensé que podíamos deducir el valor exacto por, por así decirlo, ingeniería inversa .

La lógica es esta: tenemos instrumentos ( me refiero a instrumentos, así evitamos la ineficacia de los músculos humanos ) para producir y medir la fuerza. Si medimos la fuerza que algo ejerce sobre un objeto bloqueado, luego quitamos el bloque y medimos el resultado de esa fuerza, ¿no podemos deducir que la misma fuerza se ha aplicado antes y se ha quemado la misma cantidad de energía/calorías sin hacer nada ? ¿cualquier trabajo? Si esta lógica es válida, la misma lógica se ha aplicado al caballo.

Un biólogo puede decirnos el porcentaje de calorías quemadas en exceso respecto a la fuerza efectiva aplicada/transmitida: la ineficiencia de la máquina humana ronda el 80%. QUEMAMOS 4 - 5 veces más energía de la que utilizamos. La eficiencia puede variar del 18% al 26%. En el caso anterior, la energía realmente quemada sería por lo tanto 41 * 4,5 = aprox. 185%

Respuestas (2)

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Juan Rennie · Answer 1

Acerquémonos al caballo para ver las fuerzas que se aplican y la distancia recorrida:

Caballo

La fuerza sobre el tren es $F\cos\theta$ así que cuando el tren se mueve una distancia $d$ el trabajo realizado en el tren es $Fd\cos\theta$ .

Ciertamente es cierto que el caballo está ejerciendo una fuerza $F$ que es mayor que la fuerza sobre el tren, y el caballo también se mueve una distancia $d$ . Pero recuerda que el trabajo viene dado por:

W_{t r a i norte} = \vec{F} \cdot \vec{d}

$W_{train} = \vec{F}\cdot\vec{d}$

donde la fuerza $\vec{F}$ y la distancia $\vec{d}$ son vectores y los $\cdot$ es el producto punto de los dos vectores. El producto escalar se define como:

\vec{F} \cdot \vec{d} = F d porque ϕ

$\vec{F}\cdot\vec{d} = Fd\cos\phi$

dónde $F$ y $d$ son las magnitudes de los vectores y $\phi$ es el ángulo entre los vectores. En nuestro caso el ángulo $\phi$ entre los vectores es $\pi - \theta$ , por lo que el trabajo realizado sobre el caballo es:

W_{h o r s mi} = F d porque (π - θ) = - F d porque θ = - W_{t r a i norte}

$W_{horse} = Fd\cos(\pi-\theta) = -Fd\cos\theta = -W_{train}$

El trabajo realizado sobre el caballo es igual y opuesto al trabajo realizado sobre el tren, o para expresarlo de manera más obvia, el trabajo realizado por el caballo es igual al trabajo realizado sobre el tren.

Por lo tanto, no se desperdicia energía mecánica tirando en ángulo.

Sin embargo, esto pasa por alto el hecho de que los músculos son cosas ineficientes y consumen energía incluso cuando no se realiza ningún trabajo mecánico. De hecho, esto significa que el caballo usará más energía para tirar del tren en ángulo, pero esto se debe solo a la forma en que funcionan los músculos en lugar de la física fundamental. Para calcular la energía extra que usa el caballo, tendrías que preguntarle a un biólogo sobre la fisiología muscular.

DaleSpam · Answer 2

El problema clave en su análisis es esta suposición errónea:

¿Podemos suponer legítimamente que se quemó la misma cantidad de energía/calorías en ambos casos?

No, no puedes asumir eso. Si desarrollara una máquina eficiente para tirar (en lugar de un caballo que es muy ineficiente), quemaría menos energía en el caso de "tracción diagonal".

No, no usas el mismo poder. Calcularlo en lugar de asumirlo.

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bobie

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Juan Rennie

jonathanreez

DaleSpam

DaleSpam

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