¿Dónde está la transferencia de energía de una bola de metal que cae de un imán?

Question

Una pelota cae desde un imán, pero el imán todavía ejerce una fuerza hacia arriba en contra de la gravedad sin embargo, la pelota se cae de todos modos. Sin embargo, el balón se ralentiza y por lo tanto el sonido cuando se golpea el suelo es menos lo que se demuestra que la energía que se ha perdido durante su descenso. Lo que me pregunto es donde esa energía se ha ido? Tiene el imán ganado imán de energía? O la tierra se ha ganado la energía. O tiene el balón no se pierde energía, pero su energía restante simplemente no se convirtió en el sonido al entrar en contacto con el suelo? O es algo más?

Answer 1

Si el balón está hecho de hierro

Pones "magnético" de la energía potencial en el sistema cuando usted trajo la bola de metal hasta el imán. El signo de la energía potencial es negativo lo que indica una fuerza de atracción.

Cuando se le cae la pelota, la pelota pierde energía potencial gravitatoria, pero añade magnético de la energía potencial y la energía cinética. Por tanto, menos energía disponible para la energía cinética y la correspondiente velocidad de impacto fue menor.

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Podemos escribir esto como una relación energética: $$ \begin{align} \Delta E &= \Delta K + \Delta U \\ 0 &= (K_f-K_i) + \Delta U_G + \Delta U_{M} \\ K_f &= -\Delta U_G - \Delta U_M \end{align} $$ Donde $K_i = \Delta E = 0$. En la situación donde cae la bola de la energía potencial gravitatoria disminuye ($\Delta U_G < 0$), pero el campo magnético de la energía potencial aumenta ($\Delta U_M > 0$), ya que la bola de metal se ha movido más lejos del imán. El tipo de fuerzas de dos imanes de la experiencia es una fuerza conservadora (ya que la ruta de acceso independiente) y así que tiene sentido hablar de un magnético de la energía potencial.

La pelota tendría que ser de hierro (o uno de sus aleaciones como el acero), ya que en términos de la cotidiana, los materiales, el hierro es el único que puede ser temporal (inducida) magnetizado. Para la mayoría de los otros materiales, $\Delta U_M \approx 0$.

Answer 2

Mi versión favorita de esta demostración es la caída de un imán por un tubo conductor. En ese caso la energía potencial gravitacional en el sistema se convierte, por el campo electromagnético, en energía térmica en el tubo. El mecanismo es el calentamiento de Joule por las corrientes inducidas como el campo magnético en diferentes partes del tubo de cambios. La velocidad terminal se reduce si la conductividad de la sonda se ha mejorado; un superconductor de tubo impediría el imán de caer por completo, es otro conocido de demostración.

En su caso, con un imán y una caída de la bola de metal, el mecanismo es el mismo: las corrientes inducidas en el metal causa de resistencia de calefacción, para que la energía que proviene del campo electromagnético. Pero la geometría no hace cálculos más complicado.

Answer 3

La fuerza magnética que actúa sobre la pelota como un todo (ponderomotive fuerza de imán) se ralentiza la caída, lo que hace trabajo negativo sobre la pelota. Esto significa que la energía se toma de distancia de la energía mecánica del sistema (balón+Tierra). Ya que la fuerza es debido a que el campo electromagnético, el único evidente de destino donde va es la energía electromagnética del sistema (balón+imán). El campo electromagnético está en todas partes, y debido a la bajada de la bola, cambios en todas partes. En algunos lugares, la EM de la densidad de energía se incrementa, en algunos otros lugares, disminuye. Si no hay pérdidas de energía para generar calor, neto de energía EM tiene que aumentar en la misma cantidad que la energía mecánica disminuye.

Answer 4

El imán hace trabajo negativo sobre la pelota. La energía se convierte en energía interna en el imán de la pelota.

Usted puede haber oído que las fuerzas magnéticas no hacer ningún trabajo. Sin embargo, esto sólo es cierto para los campos magnéticos que actúan en la clásica de partículas. La permanente dipolos magnéticos de los átomos de los imanes y de la bola, que son responsables de la fuerza entre ellos, sólo puede ser explicada en la mecánica cuántica, como se muestra por la Bohr--van Leeuwen teorema, y en el quantum caso de que el trabajo puede ser realizado. El resultado final es que el quantum de los niveles de energía de la pelota y el imán será mayor de lo que eran antes. Esta energía interna puede ser entonces que se manifiesta en forma de calor.

Answer 5

La fuerza magnética hace funcionar, por ejemplo, en electromotores, en electrogeneradores, etc. Hay muchos dispositivos que utilizan la fuerza magnética para realizar algún trabajo útil. La conservación de energía es aplicable a la suma de todas las diferentes formas de energía del sistema.