Se dice frecuentemente que el movimiento perpetuo es imposible. Muchas personas intentan inventar máquinas de movimiento perpetuo. Aparentemente, cada intento de este tipo está condenado al fracaso. Ni siquiera hace falta mirar uno para darse cuenta de esto. ¿Qué es lo que hace imposible el movimiento perpetuo?
Respuestas
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Austin
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Hay dos tipos principales de máquinas de movimiento perpetuo:
Máquinas de movimiento perpetuo del primer tipo: Estas máquinas crearían energía de la nada. Esto es imposible porque viola la ley de conservación de la energía, que dice que la energía no puede ser creada ni destruida, solo cambiada de una forma a otra.
Máquinas de movimiento perpetuo del segundo tipo: Estas máquinas convertirían todo el calor en trabajo, sin ningún desperdicio. Esto también es imposible porque viola la segunda ley de la termodinámica. Esta ley dice que el calor siempre fluye de un objeto más caliente a un objeto más frío, y no se puede convertir todo ese calor en trabajo útil.
Otra respuesta explica por qué las máquinas de movimiento perpetuo del primer tipo no son posibles. Con respecto a la imposibilidad de las máquinas de movimiento perpetuo del segundo tipo, aún no se ha demostrado definitivamente que la segunda ley de la termodinámica no pueda ser violada. Sin embargo, es una de las leyes más probadas y fundamentales de la física. La segunda ley está profundamente arraigada en la mecánica estadística, una rama de la física que trata el comportamiento de sistemas con muchas partículas. Es una consecuencia de la naturaleza estadística de estos sistemas.
Pero no hay una prueba definitiva ampliamente aceptada de su imposibilidad.
Jake
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Prácticamente, no es una buena utilización del tiempo para un físico examinar cada supuesta máquina de movimiento perpetuo.
La mayoría de las máquinas de movimiento perpetuo son desarrolladas por personas con conceptos básicos erróneos sobre física o estafadores. Las máquinas son o bien fraudes o están obteniendo su energía de alguna fuente.
La Conservación de la Energía y la Segunda Ley de la Termodinámica han sido probadas de manera explícita e implícita en miles de experimentos. Una gran parte de nuestra comprensión actual de la física se basa en estas leyes, y la mayoría de nuestras predicciones no funcionarían si estas leyes no se siguieran casi siempre. Parecen ser obedecidas para una amplia gama de sistemas, desde máquinas del tamaño humano, hasta galaxias, hasta núcleos atómicos. Si hubiera casos en los que fueran violadas, tendrían que ser de alguna manera excepcionales o de alguna manera ocultas para que no se hubieran notado antes, a pesar de siglos de experimentación.
Es muy improbable que aparezca una nueva, inesperada violación para algunos imanes pegados a una rueda. Sin embargo, a veces se consideran violaciones de estas leyes básicas para explicar nuevos fenómenos.
Los científicos naturalmente van a ser escépticos acerca de las afirmaciones de violaciones de estas leyes, y simplemente no vale la pena investigar cada una. Si crees que tienes un sistema que viola estas leyes, sería algo extraordinario y necesitarías tener una montaña de evidencia mostrando que la energía no proviene de alguna otra parte para captar la atención de un físico trabajando. Las afirmaciones extraordinarias requieren evidencia extraordinaria.
Arjan
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Una máquina de movimiento perpetuo, en el peor de los casos, mantiene la misma cantidad exacta de energía con la que comienza, de lo contrario perdería energía y dejaría de moverse, por lo tanto no sería un movimiento perpetuo.
Un dispositivo que mantiene su cantidad original exacta de energía no está, en teoría, prohibido por las leyes de la mecánica hamiltoniana clásica. De hecho, un péndulo ideal oscilará para siempre. Sin embargo, en la práctica, cualquier sistema siempre está acoplado de alguna manera al "entorno". Este acoplamiento a menudo se presenta en las siguientes formas:
- fricción por contacto con la superficie (esto limita, por ejemplo, los relojes mecánicos)
- resistencia del aire
- resistencia óhmica
- pérdidas radiativas
- pérdidas térmicas (conducción, convección, radiación)
Cualquier máquina de movimiento perpetuo propuesta tendrá algún tipo de acoplamiento ambiental como los ejemplos anteriores que provocarán la pérdida de energía con el tiempo, arruinando así el movimiento perpetuo. Un dispositivo que "parezca" una máquina de movimiento perpetuo probablemente tiene alguna fuente de energía oculta que está bombeando energía en el sistema a una velocidad similar a la que se pierde energía debido a los acoplamientos ambientales.
Existen algunas propuestas de máquinas de movimiento perpetuo que realmente generan más energía de la que se invierte. Estas máquinas ESTÁN prohibidas por las leyes de la física que establecen que la energía debe conservarse.
Por lo tanto, para el primer caso puedo decirte que no puede haber tal máquina de movimiento perpetuo porque SIEMPRE hay algún acoplamiento externo ambiental que amortigua la energía del sistema.
Para el segundo caso puedo decirte que no puede haber tal máquina de movimiento perpetuo porque rompería la conservación de la energía.
En ninguno de los casos necesito ver los detalles de la propuesta para decirte que el movimiento perpetuo es imposible. En algunos casos puede ser complicado identificar el mecanismo de pérdida de energía, o un mecanismo secreto de bombeo de energía, y esto puede hacer que el estudio de las propuestas de máquinas de movimiento perpetuo sea interesante a pesar de que sabemos de antemano que el resultado es imposible.
mmesser314
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Una máquina de movimiento perpetuo es algo que hace algún movimiento una y otra vez, y nunca se detiene. Se dividen en dos tipos, ambos imposibles.
Con cada repetición, una máquina de movimiento perpetuo del primer tipo tiene más energía que antes. Por lo general, la idea es eliminar esa energía y hacer algo útil con ella.
La respuesta inmediata de la mayoría de los físicos es que esto no funcionará porque viola la ley de conservación de la energía. Esta es la idea de que no importa lo que hagas, tienes la misma cantidad de energía antes y después.
Un generador podría funcionar quemando combustible. Esto convierte la energía química del combustible en energía eléctrica. El generador hace la misma rotación una y otra vez, produciendo energía con cada giro. Pero esto no cuenta como movimiento perpetuo porque el generador no vuelve al mismo estado después de cada giro. El nivel de combustible es un poco más bajo. Eventualmente, la máquina se detendrá porque se queda sin combustible. Un generador transforma la energía, pero no la produce de la nada.
Para tener una idea del tipo de error que se comete en las máquinas de movimiento perpetuo propuestas y por qué se descartan de inmediato, considera este ejemplo.
Supongamos que conduces desde un punto de gran altitud, A, hasta un punto de baja altitud, B. La altitud viene con energía potencial. Puedes deslizarte de A a B sin usar combustible. Acelerarás en las bajadas y frenarás en las subidas. Pero si perdiste altitud en general, has ganado más velocidad de la que perdiste. Has convertido la energía potencial en energía cinética.
Para convertir esto en una máquina de movimiento perpetuo, todo lo que tienes que hacer es encontrar una ruta que vaya de A de regreso a A perdiendo altitud. Alguien pasa tiempo con un mapa y propone una ruta.
Un físico dice que no importa cuán ingeniosa o intrincada sea la ruta. Si vas de A a A, la altitud es la misma cuando partiste y cuando llegaste. La energía potencial es la misma. No puedes haber ganado energía cinética. No necesita mirar la ruta para darse cuenta de esto. Solo necesita mirar la altitud inicial y final. Todos los viajes en bucle regresan a la misma altitud. Por lo tanto, ningún viaje en bucle es una máquina de movimiento perpetuo.
Una máquina de movimiento perpetuo del segundo tipo no gana energía con cada repetición. Pero tampoco pierde energía nunca.
Esto es imposible porque no puedes hacer nada con partes móviles perfectas. Esto no es en absoluto obvio y no es una razón muy satisfactoria. No es tan obviamente cierto como la imposibilidad de obtener algo de la nada. Es tentador porque casi se puede hacer una al hacer algo que casi es perfecto. Deja la sensación de que si falla, tal vez puedas mejorar las deficiencias.
La ruta de A de regreso a A es un ejemplo de este tipo de máquina de movimiento perpetuo. Regresas a la misma altura que cuando partiste. Esto significa que tienes la misma energía potencial que cuando partiste. A primera vista, parece que esta es una máquina de movimiento perpetuo. Pero, ¿cómo la harías?
Un automóvil tiene partes móviles, y las partes móviles tienen fricción. Una mirada más detenida a la energía muestra que conviertes la energía potencial en energía cinética a medida que te deslizas cuesta abajo más y más rápido. Y la fricción convierte la energía cinética en calor. Esto te frena. No te queda suficiente energía cinética para deslizarte todo el camino de regreso a la altitud original.
Entonces te dedicas a eliminar todas las fuentes de fricción. En lugar de ruedas, haces que el automóvil levite magnéticamente. Lo haces funcionar en un vacío para eliminar la resistencia del aire. Pero siempre hay algo que no puedes eliminar perfectamente.
Para ser una máquina de movimiento perpetuo, debe haber partes que se muevan entre sí. Las partes deben ejercer fuerzas entre sí. Las partes están hechas de átomos. Esto significa que los átomos de una parte ejercen fuerzas sobre los átomos de otras partes. Las partes tienen energía térmica, lo que significa que los átomos siempre están temblando aleatoriamente.
Si una parte roza contra otra, la fricción convierte la energía cinética en calor. Los átomos de una parte chocan contra los átomos de la otra parte y los hacen temblar con más intensidad.
Un principio de la termodinámica dice que una vez que la energía se convierte en calor, tendrías que usar energía para convertirla de vuelta. La agitación total siempre aumenta en este proceso. Por eso tienes que ser perfecto. No puedes permitir que ninguna energía se convierta en calor porque una máquina de movimiento perpetuo no puede gastar energía cinética o potencial para convertirla de vuelta.
Kevin Zhou
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Ya hay muchas respuestas buenas, pero agregaré una perspectiva ligeramente diferente. Dado que en realidad no puedes construir una máquina de movimiento perpetuo, cuando las personas afirman que una máquina de este tipo funciona, siempre están haciendo argumentos teóricos. Estos argumentos suelen invocar resultados básicos en física, como las fuerzas entre imanes, la fuerza de flotación, el equilibrio de torque, y así sucesivamente.
Sin embargo, estos resultados a su vez se derivan de las leyes básicas de la física, ¡y a partir de esas leyes, también puedes derivar que la energía se conserva! Así que el argumento corta la rama en la que está parado.
Si lo piensas, solo hay cuatro posibilidades lógicas:
- Las leyes conocidas de la física contienen una contradicción lógica interna. Parecería muy poco probable que nadie haya notado esto, especialmente porque estas máquinas a menudo están hechas de piezas muy comunes, como imanes y cuerdas.
- La máquina aprovecha una violación de las leyes conocidas de la física. Normalmente podemos ignorar esta posibilidad porque los diseñadores de máquinas de movimiento perpetuo asumen que las leyes de la física funcionan para argumentar que su máquina funciona en primer lugar. A veces las máquinas realmente violan las leyes conocidas de la física, pero en ese caso no son máquinas, son experimentos de física que descubren nuevos efectos. Por lo general, tales experimentos son raros y difíciles, y es poco probable que se construyan en el garaje de algún ingeniero retirado.
- La máquina funciona, pero solo al usar alguna otra fuente de energía que su diseñador no tuvo en cuenta. Muchas máquinas de movimiento perpetuo "funcionan" simplemente recolectando de manera ineficiente la energía solar, o la energía del campo de rotación o magnético de la Tierra, o algo así. Estas no son interesantes porque suelen ser extremadamente poco económicas en comparación con otros mecanismos de generación de energía, como la energía solar o la energía nuclear.
- La máquina no funciona.
Los físicos descartan las máquinas de movimiento perpetuo porque las dos primeras opciones son sumamente improbables, y las dos últimas son aburridas.
Otro factor importante es que tiende a ser agotador debatir con los diseñadores de tales máquinas. Por lo general, es bastante obvio, incluso para personas sin formación en física, que una máquina simple no funcionará. La mayoría de la gente simplemente se rinde allí, y aquellos que no lo hacen son aquellos que psicológicamente necesitan que su idea funcione. Simplemente añaden más y más complicaciones, hasta que ya no pueden ver de un vistazo que no funciona, y luego afirman triunfalmente que por lo tanto sí funciona. No solo esta complicación dificulta el análisis de su máquina, sino que una vez que no estás de acuerdo, simplemente agregan otra complicación y declaran que la nueva máquina debe funcionar. El proceso se repite indefinidamente, porque estas personas solo están interesadas en maneras en las que pueden tener razón, en lugar de considerar la posibilidad de que estén equivocadas.
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