Divulgación Una duda sobre la conservación de la energía

[ignorante]

Consideremos el siguiente fenómeno cotidiano: con la mano bajamos un objeto (una bola de billar por ejemplo) a velocidad constante en el campo de gravedad de la Tierra. A medida que bajamos el objeto, su energía potencial va disminuyendo (ya que su altura va disminuyendo y la energía potencial varía en proporción directa con la altura). La pregunta es: ¿a dónde se va esa energía?, o más precisamente, ¿en qué otro tipo de energía se convierte esa energía potencial perdida?. (Nótese que no se convierte en energía cinética del objeto, ya que lo bajamos a velocidad constante y por lo tanto también su energía cinética permanece constante). Gracias por sus respuestas.

[carroza]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

La energía pasa a tu mano, o a tu cuerpo en su conjunto.

El tipo de energía puede ser elástica, si aprovechas para tensar tus músculos, por ejemplo al prepararte para impulsarla de nuevo.

También puede ser energía térmica, si simplemente frenas la caida de la bola.

Te recomiendo "seis piezas fáciles" de Feynmann. Allí argumenta que la energía se conserva siempre, exactamente, aunque no sea facil ver en qué tipo de energía se conserva.

[polonio]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

De hecho, Feynman dio una fantástica, simple y elegante definición de energía: es esa magnitud escalar que si la mides cuidadosamente antes y después de cada proceso físico siempre vale lo mismo: esto es, es la magnitud escalar que siempre se conseva (lo de cuidadosamente viene a que puede convertirse en calor, en energía elástica,... en cualquier tipo de energía que no es fácil medirla o pensar en ella).

[ignorante]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

Gracias carroza y polonio por sus respuestas, pero aún me queda una duda: considerando todavía el mismo fenómeno, si la energía potencial se transforma en energía térmica (como dice carroza cuando simplemente vamos frenando la bola), ¿no debería entonces aumentar la temperatura de la mano y/o la bola? ¿Realmente aumenta la temperatura cuando bajamos con la mano una bola cierta distancia? Gracias otra vez por sus respuestas.

[materia]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

Hola, ciertamente si aumenta la temperatura solo que la energia es muy poca y parte de esta se utilizara en calentar el medio amibiente y tu mano.Ademas tienes que considerar otro factor que seria la masa de tu mano , porque para poder elevar la temperatura de tu mano se requiere cierta cantidad relativamente alta de energia.

Lo mejor seria que plantees tus ecuaciones y le des valores para que veas cuanta energia necesitas para elevar la temperatura de un cuerpo en 1ºC.

[polonio]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

De hecho, fíjate que cuando haces ejercicio tus músculos "desprenden calor". Sólo que con el levantamiento de una bola de billar no es mucho lo que se suda.

[chap]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

Hola a todos. Para ignorante : Podemos imaginar una variante de tu experimento. La densidad media de una aguja hueca puede igualar la densidad del agua o de cualquier líquido que te agrade (para mi el tinto). Cuando la iguala sumerges la aguja y compruebas que donde la dejas queda, sin tendencia a caer. Entonces la apuntas hacia abajo y le das velocidad constante. El líquido se opone muy poco al movimiento de un objeto largo y delgado (ergo, si vuelas en avión y temes caer al agua mejor que empieces a engordar). Con poca oposición la aguja se mueve hacia abajo con velocidad constante. Pero estamos en una discusión de principios (gedankenexperiment) y no necesitamos pensar en un líquido real. Podemos imaginar uno ideal que no se oponga al movimiento, para tener en teoría una velocidad rigurosamente constante. Entonces repetimos la cuestión. La aguja se dirige hacia abajo, variando su energía potencial. Rozamiento con el líquido no hay, de modo tal que en eso no se gasta energía en forma de calor. Músculos, resortes, soportes mecánicos extras, tampoco hay. Sólo líquido y objeto descendiendo a velocidad constante. Señoras, Señores, sabias, sabios e ignorantes, ¿cómo planteamos correctamente el balance de energía en un caso así?

[carroza]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

Facil:

La aguja baja, y el liquido desalojado sube. Como ambos tienen la misma densidad y el mismo volumen, la energia potencial que pierde la aguja la gana el liquido desalojado.

[ignorante]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

Gracias a materia, polonio, chap y carroza por sus comentarios, pero el experimento planteado por chap me genera otra duda: ¿es realmente posible que en un campo gravitatorio una aguja baje a velocidad constante en un líquido que no ofrece resistencia alguna? Consideremos que el campo gravitatorio acelera a la aguja. ¿Qué es lo que se opone a esta aceleración si no es el líquido? Esta duda, reitero, se refiere al experimento planteado anteriormente por chap. Gracias por sus respuestas a esta nueva duda.

[carroza]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

El empuje de Arquímedes.

[chap]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

La aguja no acelera pues la sumatoria de fuerzas en el centro de masa de la aguja es igual a cero. El peso de la aguja está compensado exactamente por el empuje del líquido, pues la densidad media de la aguja es igual a la densidad del agua. En un líquido real la aguja se frenaría mientras baja, pero en condición ideal mantiene la velocidad constante. Tal vez un superfluido sea un líquido real que cumple la condición ideal, pero no manejo el tema como para afirmar algo. ¿Se puede pensar una versión del problema que en lugar de un líquido tangible sea un campo intangible lo que que se reacomoda y gana la energía cedida por el objeto que desciende?

[ignorante]

Re: Una duda sobre la conservación de la energía

Gracias otra vez a todos por sus respuestas. Espero seguir contando con su ayuda en mis próximas dudas.