Divulgación Pistón y Martillazo

[Alejandra Bonilla]

[FONT=Helvetica]Sea un gas en un recipiente cilíndrico de un metro de altura, cuya tapa superior es un pistón inicialmente fijo. El gas está en equilibrio a temperatura y presión ambiente. Supongamos que liberamos al pistón para que pueda moverse libremente. Ahora le damos un martillazo al pistón, generando así una situación de desequilibrio en el gas. También inmediatamente aislamos térmicamente al sistema.[/FONT]
[FONT=Helvetica]¿Cualitativamente qué ocurrió con la energía proporcionada por el martillazo?¿Se restaura el equilibrio o quedad oscilando?[/FONT]

[Richard R Richard]

Re: Pistón y Martillazo

La energía aportada por el impacto, se convierte en energía cinetica, haciendo mover el pistón, este comprimirá el gas en el interior haciendo incrementar su presión que creará una fuerza de sentido opuesto y logrará detener el movimiento, en ese momento toda la energía se convierte en energía potencial, y comenzará a impulsar al pistón en sentido contrario para hallar un nuevo equilibrio, pero al pasar por el punto de equilibrio, la masa del pistón tiene la misma energía cinetica que luego del impacto solo que su velocidad es en sentido contrario, así que no se detendrá allí sino que seguirá su trayectoria expandiendo el gas y en ese caso la atmósfera le aportará la fuerza para detener el movimiento y nuevamente regresar al punto de partida con la misma energía cinetica con que partió, creando un ciclo de oscilaciones.

Ahora bien, si no se contempla el rozamiento del pistón sobre el cilindro y no hay pérdidas de calor en el sistema , el movimiento se mantendrá indefinido en el tiempo, la realidad es que todo sistema tiene perdidas de calor y además el rozamiento no es nulo, y se llegará a un punto de equilibrio intermedio a los dos extremos del movimiento, a una temperatura ligeramente superior a la media debido al la transferencia de calor del rozamiento entre el pistón y el cilindro hacia el gas.

[surrealfrog]

Re: Pistón y Martillazo

En el caso de que no haya rozamiento, y entonces toda la energía cinética se convierte en energía potencial, habría una variación de temperatura del gas?

[Richard R Richard]

Re: Pistón y Martillazo

Si hay variación de temperatura, cuando se comprime se calienta y cuando se expande se enfría, pero como dice el problema que las paredes son adiabáticas, esa energía calórica del gas no se disipa y se conserva dentro del sistema.

Lo que sabemos de la realidad es que ningún sistema se puede aislar completamente, por lo que parte de ese calor ira hacia las paredes , generando un ciclo de oscilaciones amortiguadas.

Se detendrá entonces cuando la temperatura del gas en el interior sea igual a la de las paredes, y eso sucederá cuando la energía cinetica mas la potencial del movimiento se hagan nulas es decir cuando la energía impartida por el martillo sea igual al trabajo de expansión
(debido a la diferenci a de temperaturas inicial y final) mas la pérdidas de calor por las paredes.