No se realiza trabajo para una persona que sube las escaleras porque la energía se convierte en PE solo dentro del sistema. La persona es el sistema.
¿Qué tan cierta es la afirmación anterior?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
La declaración anterior no es correcta.
En primer lugar, es necesario trabajar en contra de la fuerza de fricción al subir las escaleras. Por lo tanto, la energía no se convierte completamente en energía potencial. En cambio, una parte de ella se disipa.
En segundo lugar, incluso si ignoramos la fricción, el error básico de la declaración reside en la parte: "la energía se convierte en energía potencial solo dentro del sistema. La persona es el sistema.".
El concepto de potencial surge del hecho de que se realiza trabajo para llevar una masa puntual desde el infinito hasta otro punto en presencia de algún campo. Por lo tanto, la energía potencial del hombre no tiene sentido. Aquí, la energía potencial del sistema tierra-hombre aumenta y además, se realiza trabajo por parte del hombre al subir las escaleras, independientemente de la fricción. El hecho de que el trabajo se convierta totalmente (o parcialmente) en alguna energía no implica que no se haya realizado trabajo.
aceinthehole
Puntos
1460
Parte de tu problema proviene de pensar que la energía potencial de alguna manera está ubicada en la persona sola o es una propiedad de ella. Y la forma en que usualmente se introduce el tema podría hacerte pensar eso, pero no es correcto.
La energía potencial es una propiedad del sistema persona-Tierra. De hecho, todas las energías potenciales son propiedades de sistemas de cuerpos interactuantes y no pueden ser localizadas en ninguna parte individual del sistema. Simplemente encontramos útil dejar sin decir la parte en la que la energía potencial gravitatoria involucra al planeta cuando estamos trabajando en un contexto de "cerca de la superficie de la Tierra" porque el planeta está cumpliendo su función con cada objeto todo el tiempo.
Esto significa que
[...] la energía se convierte en PE solo dentro del sistema. La persona es el sistema.
no es una forma válida de pensar en este problema.
El trabajo definitivamente se realiza al mover a la persona arriba de las escaleras.
Marty
Puntos
11
En primer lugar, es la energía potencial del sistema tierra-objeto como han mencionado las dos respuestas. "Energía potencial del objeto" es una frase coloquial para lo mismo para cosas que suceden en la superficie de la tierra donde $g$ se considera constante.
En segundo lugar, el trabajo no lo realiza una persona. El trabajo lo realiza una fuerza.
Hay una cosa importante que debes saber. Considera subir escaleras. Vamos a suponer, para simplicidad, que puedes subir empujando las superficies horizontales verticalmente hacia abajo (en realidad la fricción también jugará un papel pero no te preocupes eso no es tan importante para lo que voy a explicar). Idealmente debes levantarte desde el reposo de tal manera que no aceleres, es decir, la fuerza neta sobre ti siempre debe ser cero. ¿Suena extraño? De hecho es extraño porque es un proceso hipotético para definir el potencial gravitacional. Pero así es como es. Debes mantenerte en equilibrio mientras subes para que la fuerza normal ejercida por las superficies horizontales siempre sea $mg$. Puedes imaginar levantar tus piernas muy lentamente para mantener este equilibrio en cada instante. Esta fuerza normal realiza trabajo y cuando alcanzas una altura $h$ el trabajo realizado se convierte en energía potencial $mgh$ aumentando la energía potencial (no la energía total) del sistema objeto (tú)-tierra en $mgh$.
Dos cuerpos pueden aplicarse fuerza mutuamente cuando interactúan entre ellos como las cargas eléctricas interactúan por sus campos eléctricos, masas por sus campos gravitacionales, teniendo contacto físico entre cuerpos, etc.
Nikola Malovic
Puntos
689
La afirmación es falsa.
Mientras la persona sube las escaleras, las reacciones químicas que ocurren en su cuerpo transforman la energía química en otras formas de energía; PE y calor en el caso bajo consideración. Una parte de la energía química gastada aparece en forma de aumento de energía potencial del sistema (la persona) y el resto (en el caso más simple) aparece en forma de calor que se disipa en el entorno. Así, la persona gasta más energía que el aumento de su PE.
Piensa en un objeto inanimado en un escalón más bajo. ¡No puede subir las escaleras! ¿Por qué? ¡Porque no puede hacer ningún trabajo!
John Duffield
Puntos
4475
No se realiza trabajo para una persona que sube escaleras porque la energía se convierte en PE solo dentro del sistema. La persona es el sistema. ¿Qué tan cierta es la afirmación anterior?
Creo que es lo suficientemente cierto. Haces trabajo en un ladrillo cuando lo levantas. Le agregas energía, y llamamos a esta energía energía potencial gravitatoria. Luego, cuando sueltas el ladrillo, esta energía potencial se convierte en energía cinética que normalmente se irradia. Tenga en cuenta que la situación aquí es similar a lo que sucede en explosiones. La conservación del momento significa que la Tierra también se ve afectada, pero la energía no se comparte por igual, y tendemos a ignorar lo que le sucede a la Tierra.
Sin embargo, cuando te levantas a ti mismo, todo lo que estás haciendo es convertir la energía química dentro de tu cuerpo en esta energía potencial gravitatoria. No estás agregando energía a tu cuerpo, y aunque puede ser difícil subir, y aunque estás ejerciendo una fuerza en una distancia, no estás haciendo ningún trabajo en tu cuerpo.
¿Se requiere interacción entre el sistema y el entorno para realizar trabajo?
Digo que sí. Cuando el sistema es el ladrillo, tú eres el entorno, y interactúas con él para levantarlo y hacerle trabajo. Pero cuando eres el sistema, no se agrega energía.
