¿Qué utilidad tiene el concepto de "trabajo realizado"?

Question

Hay muchas preguntas en este sitio sobre la confusión causada por la definición de trabajo realizado $W = \vec{F} \cdot \vec{s}$ . Mira hacia el relacionado columna de la derecha verás cuántos hay:

• ¿Cómo es que el trabajo realizado para empujar un planeta a más de 1m con 1N es el mismo que para empujar una pluma a más de 1m con 1N?
• Intuitivamente, ¿cómo puede el trabajo realizado sobre un objeto ser igual a cero?
• ¿Se está trabajando si no se produce ningún desplazamiento?
• La definición física del trabajo parece paradójica
• ¿Por qué sostener algo cuesta energía mientras no se realiza ningún trabajo?

Me alegro de que los usuarios tengan la gentileza de no marcarlos como duplicados, y espero que esta hospitalidad pueda extenderse a mi pregunta, que puede dar lugar a respuestas opinables.

Como la mayor parte de la confusión que rodea al trabajo realizado está relacionada con eso, a pesar de tener una unidad de energía, no proporciona mucha información útil respecto al estado energético de las partes implicadas. Por ejemplo, en el primer enlace se preguntaba "¿Cómo es que el trabajo realizado para empujar un planeta a más de 1m con 1N es el mismo que el de empujar una pluma a más de 1m con 1N?" También podría haber preguntado por el trabajo realizado al aplicar una fuerza de 1mN a una partícula de cualquier masa que se desplaza a 0,9c durante 1s, porque contrariamente a la intuición que implica el trabajo realizado, El desplazamiento, ausente de un campo de fuerza, no significa nada para el estado de energía o la transferencia de energía, y sin embargo el trabajo realizado se define con respecto al desplazamiento.

En las raras ocasiones en que el trabajo realizado se utiliza de forma constructiva, como en el interior de un campo gravitatorio o entre las placas de un condensador, se está equiparando a otras energías (KE, PE), mientras que esas energías por sí solas son suficientes para describir los estados energéticos y el uso del trabajo realizado es redundante.

La pregunta: ¿En qué escenarios es el "trabajo realizado" especialmente útil como concepto y como herramienta práctica, aparte de la definición matemática y en los exámenes? Obsérvese que estoy buscando ejemplos perspicaces de cuándo el trabajo realizado es una definición útil para ayudar a la resolución de problemas (fuera de los ejercicios de los libros de texto) sin causar más confusión que problemas puede resolver. Como todas las definiciones, las hay útiles y no tan útiles. Sólo el gran número de preguntas relacionadas con el trabajo en este sitio demuestra la utilidad de esta cuestión. Los aspectos filosóficos se han tocado en esta respuesta .

No discuto su validez. Por favor, no repita la definición.

Answer 1

Si está de acuerdo en que la definición de $E=K+P$ es útil y significativo, entonces debe estar de acuerdo en que el trabajo $W$ es al menos igual de útil, ya que $\Delta E=W$ . La definición de trabajo $\vec F\cdot d\vec s$ siempre trae reacciones similares al principio porque no parece particularmente significativo en sí mismo, pero revela su significado en la relación anterior. A través de esta definición de trabajo se puede definir $K=\frac 12mv^2$ y varios potenciales de energía (nótese que la definición de energía cinética y de los potenciales comunes está estrictamente relacionada con la definición de trabajo a través de $\Delta E=W$ , la definición de los primeros lleva directamente a esa definición de trabajo y viceversa) y esta cantidad tienen la propiedad experimental e increíble de conservarse siempre. Entonces, ¿por qué definimos el trabajo de esa manera? Porque $K=\frac 12mv^2$ resulta ser una cantidad conservada en nuestro universo (Newtonianamente hablando) y $W=\Delta K$ . Si hubiéramos observado experimentalmente que la definición de $K$ como $mv^3$ hubiera sido más significativo físicamente y esa fuera la cantidad que se conserva en las interacciones, entonces probablemente habríamos definido el trabajo de una manera diferente.