¿La escalera hace un trabajo positivo en nosotros cuando estamos subiendo?

Question

Un hombre sube del suelo al primer piso utilizando una escalera. Supongamos que su energía cinética no cambia de forma apreciable. Predice el signo del trabajo realizado por la escalera (si lo hay).

Creo que la respuesta debería ser "positiva" porque el trabajo negativo realizado por la gravedad tiene que ser contrarrestado y, por lo tanto, algún agente externo debe realizar un trabajo positivo sobre nosotros.

Pero, hay un segundo pensamiento. Dado que en cada instante la reacción normal es perpendicular a la dirección del movimiento (en el caso de las escaleras) (siendo el movimiento el levantamiento de la pierna) por lo tanto el trabajo realizado debe ser cero. Pero entonces surge una pregunta: ¿quién contrarrestó la gravedad?

Estoy confundido entre los dos. Ambas suenan prometedoras pero no perfectas.

Answer 1

La escalera (o las escaleras) no hacen ningún trabajo. La razón es que la escalera (o las escaleras) aplica la fuerza sobre nuestros pies sólo cuando nuestros pies están justo en contacto con la escalera (o las escaleras). Por lo tanto, el punto de aplicación de la fuerza no se mueve en absoluto mientras se aplica la fuerza. Por lo tanto, el trabajo neto realizado por la escalera (o los escalones) es cero porque no hay desplazamiento del punto de aplicación de la fuerza. En cuanto se produce el desplazamiento, la fuerza deja de aplicarse instantáneamente.

Ahora, llegando a la pregunta de "¿quién hizo entonces el trabajo?". Es tu cuerpo el que hizo el trabajo a través de sus fuerzas musculares utilizando la energía (bio)química. En el caso de una escalera mecánica o un ascensor que te eleva, el punto de aplicación de la fuerza se mueve en la dirección de la fuerza (hacia arriba) y, por lo tanto, el trabajo realizado necesario para contrarrestar el trabajo realizado por la gravedad lo realiza el ascensor (o la escalera mecánica). Por supuesto, esta energía proviene de la electricidad utilizada para hacer funcionar el ascensor (o la escalera mecánica) y, esencialmente, la electricidad hace el trabajo en lugar de tu cuerpo, lo que te da un poco de descanso y comodidad.

Answer 2

No se está trabajando junto a la escalera/escalera. El hombre ejerce una fuerza sobre la escalera, pero mientras ésta no se mueva, no se transfiere energía. El trabajo es igual a la fuerza por la distancia y en este caso la distancia es 0.

Eso sería diferente si la escalera se deformara. Que la energía se pondría en la escalera como su movimiento. La mayor parte se devolvería al levantar el peso, ya que la escalera actuaría principalmente como un muelle, pero otra parte también se absorbería y se convertiría en calor, ya que siempre hay una cierta cantidad de amortiguación y pérdida.

Answer 3

Estoy de acuerdo con Dvij, la escalera no hace ningún trabajo, son tus músculos los que hacen el trabajo cuando subes una escalera. Los músculos generalmente hacen trabajo cuando se contraen. En cada extremo están unidos a los huesos. Supongamos que en un momento dado los huesos (a los que está unido un determinado músculo) no quieren para que se junten. El músculo, al ser "activado" por sus nervios, puede generar la tensión suficiente para superar esta reticencia de los huesos a moverse. Supongamos que la tensión necesaria es T, y que los huesos se mueven de forma que el músculo acorta su longitud en L. Entonces el músculo ha realizado un trabajo TL.

Es asombroso que el cuerpo esté tan organizado que pueda subir las escaleras con sólo contraer y relajar los músculos, en el orden correcto. Por supuesto, cuando un músculo se "desconecta" -la fase de relajación- se afloja y puede recuperar su longitud original sin necesidad de aplicar fuerza (o no mucha).