IV-Trabajo y energía. 5-Fenómenos de disipación

Slides from my Physics I classes (Yachay Tech University, 2nd Semester, 2017)

1. Trabajo y energía Unidad 4

2. 4.5 . fenómenos de disipación Pueden darse casos en los que no todas las fuerzas que afectan a una partícula sean de tipo conservativo. Las fuerzas no conservativas realizan un trabajo que depende de la trayectoria que tome la partícula. En las fuerzas no conservativas si el punto inicial y final son el mismo el trabajo no será nulo . Que una trayectoria cerrada en particular dé un trabajo nulo no quiere decir nada: con que al menos una trayectoria dé un valor diferente de cero se prueba que la fuerza es no conservativa.

3. 4.5 . fenómenos de disipación Las fuerzas que dependen de otras fuerzas son no conservativas. Un ejemplo es la fuerza de rozamiento , pues depende de la fuerza normal. La normal tampoco es conservativa. Los procesos caloríficos y sonoros involucran fuerzas no conservativas.

4. 4.5 . fenómenos de disipación La fuerza de rozamiento depende del trayecto y de la distancia total recorrida. No es F R una fuerza constante, aunque su módulo sí lo sea: su dirección y sentido dependen de la trayectoria que tome la partícula. La normal depende de la superficie de contacto, luego puede cambiar su valor microscópicamente dependiendo de las rugosidades que vaya encontrando.

5. 4.5 . fenómenos de disipación Independientemente de las fuerzas que actúen sobre una partícula el teorema trabajo-energía siempre se cumple. Supongamos que el trabajo total efectuado sobre una partícula está compuesto de una contribución conservativa y otra no conservativa:

6. 4.5 . fenómenos de disipación El trabajo realizado por fuerzas no conservativas alterará la energía mecánica de la partícula vinculada a un sistema. El principio de conservación de la energía mecánica no se cumple si existen fuerzas no conservativas que generen trabajo. Dicha no conservación puede disminuir el valor de la energía mecánica. Si actúan fuerzas de fricción la energía mecánica se reduce, se disipa .

7. 4.5 . fenómenos de disipación El trabajo no conservativo de la fricción es negativo , ya que hace que D E m < 0: la energía mecánica final es menor que al principio. Dicha energía mecánica disipada se emplea en aumentar la energía térmica del sistema. Vemos que este aumento de energía depende de la trayectoria seguida y de una fuerza no constante. Se tiene que D E term > 0 pues la fricción aumenta la temperatura del sistema.

8. 4.5 . fenómenos de disipación Según leyes físicas que no se estudian en este curso, el trabajo no conservativo de la fuerza de rozamiento siempre aumenta la energía térmica del sistema. Es decir, la temperatura de un sistema nunca puede reducirse por fenómenos de fricción. Como se puede inferir, aunque la energía mecánica no se conserve sí lo hace la energía total del universo.

9. 4.5 . fenómenos de disipación De manera general, las fuerzas no conservativas generan trabajo en un proceso irreversible , es decir, no se podrá volver a la condición inicial únicamente usando las mismas fuerzas . Es por esto que las fuerzas no conservativas no poseen asociada ninguna energía potencial. Es importante indicar que no todos los trabajos no conservativos se emplean en disminuir la energía mecánica. Procesos internos o químicos pueden hacer que D E m > 0, luego describen también procesos irreversibles.