Divulgación 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

[ignorante]

Hola amigos, tengo una nueva duda para compartir con ustedes: ¿La 2da ley de la termodinámica y la 2da ley de Newton no se contradicen? Me explico: La 2da ley de la termodinámica dice que no existe el movimiento perpetuo. La 2da ley de Newton dice que un objeto, en ausencia de fuerzas, se moverá indefinidamente, es decir, con movimiento perpetuo. Por ejemplo, ¿el lanzamiento de un objeto en el espacio exterior es un ejemplo real de movimiento perpetuo?. ¿El movimiento orbital de los planetas alrededor del sol es un ejemplo real de movimiento perpetuo? Gracias por sus respuestas.

[[Beto]]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

Hola, no se contradicen .. estas malinterpretando las cosas, un objeto lo que no puede hacer es sacar energía de la nada, pero si mantiene su energía constante puede moverse indefinidamente, como es el caso del MRU (por poner el ejemplo mas sencillo). En el movimiento circunferencial uniforme (por simplificar a un modelo más simple el de los planetas), el modulo de la velocidad se mantiene constante y no hay pérdidas de energía debido a que se trata de un sistema conservativo, tampoco hay ganancia de energía por ello el movimiento se mantiene.

En resumen, un objeto no puede ganar o perder energía si no actúa algo externo sobre el.

[Caifan]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

¿No te refieres a la 1° Ley de Newton?

Hasta donde yo se no hay contradicción, ya que la 2° Ley Termodinámica se refiere a que es imposible que exista movimiento perpetuo en una objeto que se mueva siguiendo un ciclo, no dice nada de aquellos que se mueven siguiendo una línea recta con velocidad constante, que tengo entendido a eso se refiere la 1° Ley de Newton. No se cual sea la explicación correcta para el ejemplo que das de los planetas girando.

[ignorante]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

Hola Beto: Ciertamente en el MRU la energía se mantiene constante y el objeto conserva su movimiento indefinidamente. Esto correspondería a la primera ley de la termodinámica. Pero la segunda ley de la termodinámica dice que aunque la energía se mantiene constante, se va degradando poco a poco a energía térmica hasta que finalmente todo movimiento cesa (es decir, la entropía en el universo siempre crece). Es este el punto que no entiendo. Por ejemplo, ¿los planetas en órbita alrededor del sol se están frenando poco a poco hasta que se detendrán alguna vez por completo?

Hola Caifan: Tienes razón, es mejor referir mi duda a la primera ley de Newton (aunque de hecho la primera ley de Newton está contenida en la segunda).

[[Beto]]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

No, estas entendiendo mal .. la segunda ley de la termodinámica no dice que se pierda energía espontáneamente, lo que dice es que en un ciclo, no todo el calor entregado se transforma en trabajo útil, que parte de ese calor se perderá en forma de calor. Los planetas girando alrededor del sol por representar su movimiento de una forma muy simplificada en forma de orbitas circunferenciales, no pierden energía y tampoco se frenan pues la fuerza gravitatoria no realiza trabajo alguno para ese caso. Ahora bien seguramente dirás, "las órbitas no son circunferenciales" ... en realidad eso no importa pues en caso de que no lo sean la energía cinética se convierte en potencial y viceversa, durante el movimiento que realice el cuerpo, manteniéndose siempre constante la suma de ambas.

Es decir la segunda ley de la termodinámica dice lo que anteriormente he resaltado, y no que un objeto pueda perder energía espontáneamente como dices, espero me hayas comprendido de mejor manera .. en todo caso pregunta para aclarar mejor las dudas que tengas.

Hola Caifan: Tienes razón, es mejor referir mi duda a la primera ley de Newton (aunque de hecho la primera ley de Newton está contenida en la segunda).

La segunda ley de Newton no contiene en la primera, pues la primera sirve para definir el concepto de sistema de referencia inercial.

[ignorante]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

la segunda ley de la termodinámica no dice que se pierda energía espontáneamente, lo que dice es que en un ciclo, no todo el calor entregado se transforma en trabajo útil, que parte de ese calor se perderá en forma de calor.

Si te entiendo bien la 2da ley de la termodinámica no se aplica a todo tipo de procesos. Se aplica solo a ciclos. Pero entonces, ¿cómo se define un ciclo? ¿Los planetas en órbita alrededor del sol no son un proceso cíclico?

[Entro]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

En palabras llanas, el segund principio dice:

1.- No puedes extraer energía de un sistema indefinidamente.
2.- No puedes convertir calor en energía mecánica (mover cosas) con un 100% de rendimiento.

El primer principio de la dinámica se formula del siguiente modo:

1.- Es para una situación ideal. Sistemas que no interaccionan con nada, que mantienen su energía constante y que se mueven en línea recta con velocidad constante.
2.- La mecánica es adiabática, en general no se consideran diferencias de temperatura, por lo tanto no hay flujos de calor.

En la situación planteria que tu propones, la energía es constante... no hay fricción, ni hay extracción de energía del movimiento de los planetas. Por eso mantienen sus órbitas, sus velocidades lineales y su momento angular. Si hubiera o consideramos pérdidas, producidas por algún fenómeno, el efecto es que las órbitas se van haciendo cada vez más pequeñas, reduciendose la energía del sistema y salvaguardandose el segundo principio de la termodinámica.

[ignorante]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

Gracias por tu respuesta Entro, ya me queda más claro el asunto.

Si hubiera o consideramos pérdidas, producidas por algún fenómeno, el efecto es que las órbitas se van haciendo cada vez más pequeñas, reduciendose la energía del sistema y salvaguardandose el segundo principio de la termodinámica.

¿Se ha investigado experimentalmente si esto ocurre realmente? ¿Existe realmente algún tipo de rozamiento de la Tierra (y de los otros planetas) en su movimiento orbital alrededor del sol?

[skynet]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

amigo ignorante,

el espacio exterior no está absolutamente vacío, de modo que con tiempo suficiente cualquier objeto en movimiento con respecto a este "polvo estelar" terminará perdiendo su energía cinética y quedando inmovil respecto a él.

los planetas caerán sobre el sol si les das tiempo sufiiciente para ello, pero necesitarán mucho tiempo, probablemente más del necesario para que el sol estalle en una supernova.

saludos

[Joey]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

Lo que planteas tiene que ver con la "Muerte térmica del universo", y es cierto. Como consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, en algún momento el universo llegara a un estado de máxima entropía, es decir todas la partículas tendrán la misma energía y no habrá movimiento.
Pero eso no lo viviremos, ni nosotros, ni nuestros hijos, ni los hijos de los hijos de los hijos de los hijos... de tus hijos. Posiblemente ninguna persona.

Las leyes de Newton no son exactas para la naturaleza. Son modelos teóricos que aproximan la realidad a fórmulas matemáticas, muy precisas pero no exactamente lo mismo. Hay diferencia entre la física teórica y la física empírica.

[Salgo]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

Tal vez el modelo del gas ideal permita con sencillez analizar la cuestión. Una
contradicción entre partes de un sistema teórico es un asunto situado completamente dentro
del ámbito de la lógica. Esto significa que para examinarlo no necesitamos manejar un gran
número de variables, como requieriría el análisis de un caso práctico. Un modelo abstracto
y sencillo basta. Y el gas ideal parece buen modelo para la pregunta que nos ocupa, pues en
ése modelo todos los choques entre partículas son elásticos, de modo tal que la energía del
conjunto de partículas puede conservarse estrictamente constante. El 2do. Principio de la
Termodinámica analiza la entropía, no la energía. Es conocido el ejemplo de dos gases que
al comienzo están separados en recipientes que no se comuinican y que están a la misma
temperatura. Después se abre una llave y los recipientes se comunican. Todo ocurre sin
cambio de temperatura. La energía total permanece sin cambios antes y después de abrir la
llave, pero la entropía ha variado. Las partículas continúan efectuando choques elásticos y
pueden seguir así eternamente, mientras la entropía paso a paso tiende al valor máximo,
como indica el 2do. Principio. Cada partícula individualmente cumple las leyes de Newton en
el modelo del gas ideal. Y el sistema como totalidad, evaluado con las variables
termodinámicas, que no desmenuzan la composición interna, exhibe un aumento inexorable de
la entropía, como indica el 2do. Principio. Evidentemente no hay contradicción lógica entre
el 2do. Principio de la Termodinámica y las leyes de Newton. Pero las teorías físicas son
como las redes de pesca. Para ser útiles no pueden ser completamente minuciosas. Una red de
pesca completamente minuciosa debería atrapar todo, desde el pez más grande hasta el
microorganismo más pequeño. Pero entonces el agua, en vez atravesar la quedaría atrapada
dentro, pues la malla de la red sería más fina que el tamaño molecular del agua.
Recogeríamos una red llena de agua donde los peces nadarían y escaparían a nuestro intento
de atraparlos. Una teoría óptima contiene modelos que emulan bastante bien a la realidad
sin usar un número exagerado de variables. Pero emular bastante bien no es lo mismo que
incluir en un modelo la realida completa, hasta los fenómenos más sutiles. Un gas real
metido en el recipiente que mejor funcione como aislante no puede mantener para siempre su
energía constante. Pero sí puede mantenerla muy, muy, muy aproximadamente constante durante
un tiempo finito que sea suficiente para un fin específico. Entonces nuestra teoría física
no dará una una descripción verdaderamente completa de los acontecimientos, pero sí una
emulación aproximada suficientemente confiable. Como sistema lógico una teoría puede ser
perfectamente coherente, aunque como emulación de la realidad tenga limitaciones.

[M_Odes]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

Como consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, en algún momento el universo llegara a un estado de máxima entropía, es decir todas la partículas tendrán la misma energía y no habrá movimiento.

Esto no me queda muy claro, ya que me plantea un interrogante:
Puedo tomar el universo como un sistema aislado? a mi parecer este es un punto muy complicado, porque según entiendo puede darse que para un sistema dado, sus partes puedan tener cambios de entropía negativos ($\displaystyle {\Delta S_{\text{ sub-sistema}} < 0}$) sin embargo se obtiene al final que para el sistema: [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] ) esta uno tentado a pensar que los cambios entropía puede variar de lugar a lugar sin implicar una homogenización de la energía, solo es una duda que se acaba de suscitar

Las leyes de Newton no son exactas para la naturaleza. Son modelos teóricos que aproximan la realidad a fórmulas matemáticas, muy precisas pero no exactamente lo mismo. Hay diferencia entre la física teórica y la física empírica.

Las leyes de Newton son una suerte de modelo matemático que toma como referencia fenomenos observables(no me restrinjo al acto de "Ver") y los relaciona con magnitudes que en principio podemos medir(longitud, tiempo, masa) todo con el fin de realizar predicciones.
A mi parecer,una teoría dada no proporciona información sobre una "realidad" necesariamente, puedo poner un ejemplo usando algo de imaginación:
supongamos que usted visita el supermercado una mañana, de repente observa que algunas personas que tienen trajes de color rojo llevan bolsas amarillas de las cuales se ve salir una barra de pan francés, a diferencia de las demás, que llevan otros artículos, suponga que usted comienza a visitar el supermercado cada mañana y usted observa ese patrón donde todos los que usted ve que visten de rojo llevan pan francés en bolsas amarillas, notando además que los que vistan de rojo y lleven bolsas de otro color, no llevan pan francés(1)
el "modelo teórico" que podríamos tratar de concluir es el siguiente "si una persona viste de rojo y lleva una bolsa amarilla, entonces esta persona llevará a su casa pan francés", y suponga que usted continúa con sus observaciones al siguiente mes y esta vez usted irá a observar todos los que se visten de rojo(2) y porten bolsas amarillas, logrando así reafirmar su teoría.
Luego, siendo rígidos con el modelo "ropa roja - bolsa amarilla" estaremos convencidos inocentemente de una realidad, a saber "si una persona viste de rojo y lleva una bolsa amarilla, entonces esta persona llevará a su casa pan francés".
lo que ignoramos es que, cualquier persona que visite la panadería del supermercado y compre allí pan francés, sus productos serán empacados en bolsas publicitarias de color amarillo donde aparece la pauta del "productor" de los panes franceses, esta sería "la verdadera realidad" sin embargo nuestro modelo teórico nos lleva a tomar otras conclusiones que tienen mucho de cierto, mas no corresponden necesariamente a lo que llamaríamos realidad.

Notas:
(1)Obviamente mi ejemplo tiene algo de flojo, y es el hecho que no estamos exentos de observar personas vestidas de colores distintos que lleven pan francés en bolsas amarillas

(2)Es interesante como la actividad científica nos da una idea sobre como orientar una investigación y que resultados esperar,por eso al ir a comprobar nuestra teoría iríamos viciados a fijarnos en los que visten de rojo.

Espero haber sido útil

[DFP]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

los planetas caerán sobre el sol si les das tiempo sufiiciente para ello, pero necesitarán mucho tiempo, probablemente más del necesario para que el sol estalle en una supernova.

¡A lo mejor hasta se convierte en un agujero negro supermasivo!

Ojo con lo que decimos supernena, no queramos hacer explotar al Sol en una supernova tenga la masa que tenga .

"Las masas de las estrellas que dan lugar a supernovas están entre alrededor de las 10 masas solares hasta las 40 o 50".

¡Un saludo!

[juankorku55]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

El Sol no tiene suficiente masa para una supernova, las estrellas que estallan en supernovas tienen 2,5 mas de masa que el sol, y mucho menos este forme un agujero negro jaja.

[skynet]

Re: 2da ley de termodinámica vs 2da ley de Newton

M_Odes,

el universo es un sistema aislado por definicion ya que no puede intercambiar ni materia ni energía con ningún otro sistema, puesto que no existe ningún otro sistema con quien hacerlo.

el aumento de entropía necesariamente implica lo que tu llamas "homogenización de la energía", está implicito en el concepto de entropía.

saludos