Siempre me han dicho que el trabajo realizado por el rozamiento puede ser, como mucho, nulo, pero nunca positivo. Pero consideremos dos bloques colocados uno encima del otro, de forma que sus superficies en contacto sean rugosas. Si damos al bloque de arriba una cierta velocidad horizontal, entonces, en palabras crudas, podemos decir que la fricción intentará frenar el bloque de arriba y acelerar el otro, oponiéndose así al movimiento relativo. Entonces, en este caso, ¿no sería positivo el trabajo realizado por la fricción sobre el bloque de abajo? Por favor, corríjanme si me he equivocado.
Respuestas
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ash108
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Tiene usted toda la razón, tanto en su descripción de la fricción como en su duda respecto a la afirmación dada sobre los signos.
En cuanto a los signos (esto es puramente matemático)
El punto clave a tener en cuenta es: los signos no tienen significado físico en sí mismos. Son una invención humana matemática. Las señales son nuestro método humano para indicar la dirección en relación con otra cosa, eso es todo.
Una forma práctica de utilizar los signos es inventar o elegir arbitrariamente una dirección que llamamos positivo . Cualquier magnitud a lo largo de esta dirección puede considerarse positiva y recibe el signo $+$ cualquier magnitud opuesta a esta dirección puede considerarse negativa y recibe el signo $-$ . Podríamos necesitar varias de estas direcciones de referencia (una por dimensión), y juntas las llamamos un sistema de coordenadas .
Hay que tener en cuenta que un sistema de coordenadas se elige arbitrariamente -es una herramienta inventada para nuestro beneficio matemático sin significado físico inherente-, por lo que los signos también se eligen arbitrariamente. Afirmar que algo siempre es, por ejemplo, negativo, carece de sentido a menos que implícitamente lo comparemos con otra cosa.
Así que la declaración:
el trabajo realizado por la fricción puede, como máximo, ser cero, pero nunca positivo
es incorrecto . Puedes elegir sistemas de coordenadas a voluntad y elegir fácilmente uno que te dé una fuerza de fricción positiva. Como mínimo, esta afirmación requiere algunas suposiciones sobre la orientación del sistema de coordenadas para ser correcta.
En cuanto a la fricción (esto es físico)
podemos decir que la fricción intentará frenar el bloque de arriba y acelerar el otro
Esto es exactamente correcto. Por su propia naturaleza, la fricción siempre tira en la dirección que impide o detiene el deslizamiento. Así que siempre tira para mantener las dos superficies juntas, incluso si esta es una dirección que causa movimiento. (Sólo que no debe causar relativa movimiento entre los dos bloques, pero puede causan movimiento en general). Esto se aplica a fricción cinética y estática .
Y se refiere correctamente a 3ª ley de Newton cuando está diciendo que la fricción también intentará acelerar el otro bloque de abajo. Porque según la 3ª ley de Newton, cualquier atracción en una dirección por parte de un cuerpo viene acompañada de una atracción igual pero opuesta en el otro cuerpo. Esta otra fuerza de fricción tratará de acelerar el otro bloque, porque eso ayudará a evitar el deslizamiento (ayuda a mantener los bloques juntos si el bloque inmóvil es arrastrado junto con el bloque en movimiento).
Debido a la 3ª ley de Newton, siempre veremos un par de fuerzas apuntando en direcciones opuestas y nunca una sola fuerza. Así, si el sistema de coordenadas se mantiene constante para ambos cuerpos, entonces una fuerza de fricción tirará en dirección positiva y la otra en dirección negativa. Siempre. Sólo si cambiamos el sistema de coordenadas entre los dos cuerpos puede ser correcto que la fuerza de rozamiento apunte en sentido negativo en ambos casos.
Andre
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El principio de conservación de la energía nos dice que la energía nunca se consume ni se produce, sólo se transforma. Y la propia naturaleza de la fricción es que sólo convierte la energía cinética en calor, nunca al revés.
Si ignoramos la parte del calentamiento (como hace la frase "el trabajo realizado por rozamiento puede, como mucho, ser cero, pero nunca positivo"), la energía total del sistema disminuye por rozamiento.
El bloque superior pierde energía al ralentizarse, y el inferior la gana al empezar a moverse. El estado estable vendrá determinado por la conservación del momento, y hará que ambos bloques se muevan juntos con la misma velocidad. Si haces los cálculos, verás que el bloque superior pierde más energía de la que gana el inferior, y esa pérdida de energía cinética es lo que intenta expresar la frase.
AnonyMe
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