Autor Tema: Teorema trabajo-energía para sistemas

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29 Noviembre, 2019, 07:19 am
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Marcos Castillo

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Hola
El Teorema trabajo-energía dice:
\( W_{ext}=\Delta{E_{mec}}-W_{nc} \).
A continuación el libro que tengo dice:
La energía mecánica de un sistema se conserva (\( E_{mec} \)=constante) si el trabajo total realizado por todas las fuerzas no-conservativas es cero
\( E_{mec}=K_{sist}+U_{sist} \)=constante (CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA).
La duda es que no menciona la otra condición: \( W_{ext} \) también debe ser cero, y no lo menciona. El objetivo es demostrar que \( K_{2\;sist}+U_{2\;sist}=K_{1\;sist}+U_{1\;sist} \), ¿no?.
Un saludo

29 Noviembre, 2019, 11:16 am
Respuesta #1

Richard R Richard

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De la primera formula
\( W_{ext}+W_{nc}=\Delta{E_{mec}} \)

Si \( W_{nc}=0 \) y quieres que \( \Delta{E_{mec}} \) si o si \( W_{ext}=0 \)

Que significa esto, que en ausencia de rozamiento la energía mecánica se conserva si no aplicas ninguna otra fuerza externa.

La energía mecánica de un sistema se conserva (\( E_{mec} \)=constante) si el trabajo total realizado por todas las fuerzas no-conservativas es cero
\( E_{mec}=K_{sist}+U_{sist} \)=constante (CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA).
La duda es que no menciona la otra condición: \( W_{ext} \) también debe ser cero, y no lo menciona.


Correcto , es una definición incompleta.


El objetivo es demostrar que
\( K_{2\;sist}+U_{2\;sist}=K_{1\;sist}+U_{1\;sist} \), ¿no?.Un saludo


Por supuesto tienes razón

\( Em_{2\;sist}=K_{2\;sist}+U_{2\;sist}=K_{1\;sist}+U_{1\;sist}=Em_{1\;sist}\quad\quad\to\Delta Em=0 \)


Lo contrario puede no ser cierto que si la variación de energía mecánica es nula  \( \Delta Em=0 \) no necesariamente tiene que suceder \( W_{ext}=0 \) o que \( W_{nc}=0 \)

pues puede darse que \( W_{ext}=-W_{nc}\neq0 \)
Por ejemplo al empujar una caja sobre una superficie con rozamiento a velocidad constante.

Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

29 Noviembre, 2019, 12:21 pm
Respuesta #2

Marcos Castillo

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¡Muchas gracias, Richard R Richard!. Voy a citar todo el texto en mi próximo mensaje, para ver si no he descontextualizado el texto de mi primer mensaje. Lo contrario, no hacerlo, es como si igual no habría leído atentamente. El libro es "Física para la ciencia y tecnología", Volumen 1A, "Mecánica". A ver si lo consigo esta tarde.
¡Un saludo!

29 Noviembre, 2019, 03:58 pm
Respuesta #3

Marcos Castillo

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Hola, la cita de mi primer mensaje voy a publicarla entera:
"7.2 CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
Ahora ya podemos buscar la relación entre energía cinética y potencial. El trabajo total realizado sobre cada partícula de un sistema es igual al cambio de la energía cinética \( \Delta{K_i} \) de esa partícula, por lo que el trabajo total realizado por todas las fuerzas \( W_{total} \) es igual al cambio en la energía cinética del sistema \( \Delta{K_{sist}} \):
\( W_{total}=\displaystyle\sum{\Delta{K_i}}=\Delta{K_{sist}} \)(7.5)
Hay dos tipos de fuerzas que realizan trabajo sobre una partícula: las fuerzas externas y las fuerzas internas. Las fuerzas internas pueden ser conservativas y no conservativas. El trabajo total realizado por todas las fuerzas es igual a la suma del trabajo realizado por todas las fuerzas externas \( W_{ext} \), más el trabajo realizado por todas las fuerzas internas no-conservativas \( W_{nc} \), más el trabajo realizado por todas las fuerzas internas conservativas, \( W_c \):
\( W_{total}=W_{ext}+W_{nc}+W_c \)
de donde reordenando los términos, queda
\( W_{ext}+W_{nc}=W_{total}-W_c \)
El trabajo total, cambiado de signo, realizado por todas las fuerzas internas conservativas \( -W_c \) es igual al cambio de la energía potencial del sistema \( \Delta{U_{sist}} \):
\( -W_c=\Delta{U_{sist}} \)(7.6)
Introduciendo las ecuaciones 7.5 y 7.6, tenemos
\( W_{ext}+W_{nc}=\Delta{K_{sist}}+\Delta{U_{sist}} \)(7.7)
El término de la derecha puede simplicarse:
\( \Delta{K_{sist}}+\Delta{U_{sist}}=\Delta{(K_{sist}+U_{sist})} \)(7.8)
La suma de la energía cinética \( K_{sist} \) y la energía potencial \( U_{sist} \) se denomina energía mecánica total, \( E_{mec} \):
\( E_{mec}=K_{sist}+U_{sist} \)(7.9 DEFINICIÓN:ENERGÍA MECÁNICA TOTAL)
Combinando las ecuaciones 7.8 y 7.9, y sustituyendo en la ecuación 7.7, se obtiene
\( W_{ext}=\Delta{E_{mec}}-W_{nc} \) (7.10 TEOREMA TRABAJO-ENERGÍA PARA SISTEMAS)
La energía mecánica de un sistema se conserva (\( E_{mec} \)=constante) si el trabajo total realizado por todas las fuerzas no-conservativas es cero
\( E_{mec}=K_{sist}+U_{sist} \)=constante(7.11 CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA)
Esta es la ley de conservación de la energía mecánica y es el origen de la expresión "fuerza conservativa".
Si \( E_{mec\;i}=K_i+U_i \) es la energía mecánica inicial del sistema y \( E_{mec\;f}=K_f+U_f \) es la energía mecánica final, la conservación de la energía mecánica implica que
\( E_{mec\;f}=E_{mec\;i} \) (o \( K_f+U_f=K_i+U_i \))(7.12)
En otras palabras, cuando la energía mecánica de un sistema se conserva, podemos relacionar la energía mecánica final de un sistema con la energía mecánica inicial sin tener que considerar el movimiento intermedio ni el trabajo realizado por las fuerzas involucradas. Por lo tanto, la conservación de la energía mecánica nos permite resolver problemas que podrían ser difíciles de resolver a partir de las leyes de Newton."
Ahora mi pregunta es ésta: ¿después de leer todo el texto del que saqué la cita para mi primer mensaje de este hilo, sigue teniendo motivo la puntualización que sugería?.
Un saludo

29 Noviembre, 2019, 07:34 pm
Respuesta #4

Richard R Richard

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Combinando las ecuaciones 7.8 y 7.9, y sustituyendo en la ecuación 7.7, se obtiene
\( W_{ext}=\Delta{E_{mec}}-W_{nc} \) (7.10 TEOREMA TRABAJO-ENERGÍA PARA SISTEMAS)
La energía mecánica de un sistema se conserva (\( E_{mec} \)=constante) si el trabajo total realizado por todas las fuerzas no-conservativas es cero

Eso no es correcto, \( \Delta{E_{mec}}=0 \) cuando \( W_{ext}=-W_{nc} \) o bien cuando \( W_{ext}=0 \)  y \( 0=W_{nc} \)

ejemplo para que lo entiendas, tenemos un masa en plano horizontal que se mueve con velocidad v... tiene energía mecánica igual a su energía cinetica \( \frac12m v^2 \) si la acelero con una fuerza externa F  la energía mecánica final incrementa si F tiene la direccion y sentido de la velociad y decrementa si va en sentido contrario.... \( \Delta{E_{mec}}=\frac12n(v_f^2-v^2)=W_{ext}\neq 0 \)
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

29 Noviembre, 2019, 08:10 pm
Respuesta #5

Marcos Castillo

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¡Muchas gracias, Richard R Richard!
Un saludo