Otras carreras Conservación de la energía (deformación, ruptura) ¿a dónde va en estos casos?

[Rescogitans]

Hola a todos y todas.
Traigo la siguiente duda: cuando yo realizo un trabajo al levantar un cuerpo a 2 metros del suelo, entiendo que ese cuerpo gana energía potencial, y la libera cuando lo dejo caer; todo esto suponiendo que la fricción es despreciable.
Si el trabajo lo hago desplazando un cuerpo horizontalmente sobre el suelo, el cuerpo acaba frenándose porque la energía cinética que yo le he imprimido con mi trabajo la acaba disipando en forma de calor por fricción contra el suelo. Corregidme si me equivoco.
Ahora bien, cuando una gota de agua que viene de una nube, con energía potencial, acaba por caer al suelo, ¿en qué se transforma la energía potencial? Entiendo que en calor y en romper la gota de agua en gotas mas pequeñas. Pero esas gotas van a caer de nuevo al suelo. Finalmente, ¿toda esa energía cinética se transforma en calor? ¿no generaría esto un aumento de la temperatura notable cuando hubiese tormenta?
Y otra más: si yo empleo una fuerza para deformar un cuerpo como la plastilina, o la madera (que no vuelve a su estado original) de un martillazo, ¿qué transformación de la energía se da en este caso? He leído que tirando o empujando un muelle almacenamos energía potencial elástica, pero porque el muelle va a volver a su posición original, pero ¿y en los casos que planteo? O por ejemplo, al romper una roca en dos, ¿qué transformaciones de energía se dan además de la pérdida de calor? ¿Acaso todas las transformaciones físicas de los cuerpos contienen energía potencial "almacenada" en cuanto que la forma se aleja del estado previo que tenía?
Gracias.

[JCB]

Hola a tod@s.

Encuentro muy interesante el hilo que has abierto. Aunque el concepto es el mismo pero hay tantos casos, creo que daría para más de un hilo, si cada tema se analizase con la debida profundidad.

1) Elevación de una masa $m$ a una altura $h$, para después soltarla. Por conservación de la energía, la energía potencial gravitatoria menos el trabajo de la fuerza de rozamiento con el aire, es igual a la energía cinética final en el punto de referencia 0 de la Energía potencial gravitatoria,

$mgh-W_r=\dfrac{1}{2}mv^2$,

$v=\sqrt{\dfrac{2(mgh-W_r)}{m}}$.

2) Arrastre de una masa $m$ sobre el suelo. En una distancia $d$, aplico una fuerza de arrastre $F$ a la masa $m$. Esta masa $m$, acabará por detenerse después de recorrer una distancia total $d_t$. Aplico el teorema de las fuerzas vivas, cuyo enunciado dice que el trabajo de todas las fuerzas que actúan sobre una partícula, es igual a la variación de energía cinética. Como la masa $m$ parte del reposo y acaba detenida, la variación de la energía cinética es 0,

$Fd-F_rd_t=0$,

$Fd-\mu_dmgd_t=0$,

$d_t=\dfrac{Fd}{\mu_dmg}$. Debiendo ser $F\geq\mu_dmg$.

3) Para el caso de la lluvia, es complejo porque abarca varios fenómenos. Cuando las gotas abandonan a la nube, se produce la lluvia. Las gotas de lluvia alcanzan una velocidad, llamada terminal, debido al rozamiento con la atmósfera. Entiendo que se debe tener en cuenta también, a la diferencia de temperatura entre las gotas de lluvia y la atmósfera, y por tanto el intercambio de calor que se produce.

4) En cuanto a la rotura de un material, la tenacidad es una medida de la cantidad de energía que absorbe el material antes de romperse. En los materiales dúctiles (por ejemplo los metales), estos absorben mayor energía antes de romperse, pues pueden deformarse plásticamente antes de llegar a la fractura. En cambio, en los materiales frágiles como una roca, la rotura se produce sin aviso previo, de forma abrupta.

A ver si hay más aportaciones que completen y corrijan mis comentarios.

Saludos cordiales,
JCB.

[Richard R Richard]

Ahora bien, cuando una gota de agua que viene de una nube, con energía potencial, acaba por caer al suelo, ¿en qué se transforma la energía potencial? Entiendo que en calor y en romper la gota de agua en gotas mas pequeñas. Pero esas gotas van a caer de nuevo al suelo. Finalmente, ¿toda esa energía cinética se transforma en calor? ¿no generaría esto un aumento de la temperatura notable cuando hubiese tormenta?

si igualas la energía cinetica de una gota , con la energía para calentar esa misma gota, podrás calcular cuanto se eleva su temperatura durante el choque con el piso.

una gota muy rápida que caiga a 200 km/h que es muchísimo vararía su temperatura en

$\dfrac{1}{2}mv^2=mCe_{H_2O}\Delta T$

despejando

$\Delta T=\dfrac{v^2}{2Ce_{H_2O}}=\dfrac{\left(\dfrac{200}{3.6}\right)^2}{2\cdot 4186}=0.36\°c$

como este valor es independiente de la masa de agua que caiga se ve que el aumento de temperatura es despreciable frente a otros intercambio de calor, como el intercambio de calor con el piso y el aire... Es por eso que no lo notamos cuando llueve.

Y otra más: si yo empleo una fuerza para deformar un cuerpo como la plastilina, o la madera (que no vuelve a su estado original) de un martillazo, ¿qué transformación de la energía se da en este caso?

la energía de deformación se transforma en calor... de nuevo el aporte mecánico debe ser muy sostenido e el tiempo para que la temperatura se eleve notoriamente, en el caso de los metales en que el calor especifico es relativamente bajo y la energía de deformación plástica necesaria elevada(alta tenacidad), la mayoría de las deformaciones viene acompañada por un notable aumento de la temperatura, fruto de la fricción interna al acomodarse sus estructura.

He leído que tirando o empujando un muelle almacenamos energía potencial elástica, pero porque el muelle va a volver a su posición original, pero ¿y en los casos que planteo?

En los caso que planteaste, el agua solo tendrá energía potencial cuando la almacenes, por ejemplo para abastecer una central hidroeléctrica, recuperara algo por tener mayor presión de vapor a mayor temperatura pero es insignificante, y el caso de la deformación plástica tampoco tiene un potencial, solo puedes recuperar algo por medio de la propiedad de resiliencia.

O por ejemplo, al romper una roca en dos, ¿qué transformaciones de energía se dan además de la pérdida de calor?

hay rotura de enlaces químicos, que liberan calor y productos volátiles y tambien fricción superficial, muy pocas veces generan calor apreciable como para varia la temperatura de la superficie.

¿Acaso todas las transformaciones físicas de los cuerpos contienen energía potencial "almacenada" en cuanto que la forma se aleja del estado previo que tenía?
Gracias.

No eso no es cierto coma ya explique antes.

[JCB]

Hola a tod@s.

3) Siguiendo con el caso de la lluvia, la sensación de frescor percibida en un caluroso día de verano, después de un buen chaparrón, es debida a la evaporación del agua de la superficie terrestre. Aunque todavía creo que antes de llegar al suelo (o al tejado de las casas, o a las hojas de los árboles, etc.), se produce un intercambio de calor entre las gotas de lluvia y la atmósfera.

Saludos cordiales,
JCB.