Si el trabajo neto en una partícula es cero, ¿puede cambiar la velocidad?

Question

El La siguiente pregunta estaba en un examen en la clase de física:

Si el trabajo neto realizado en una partícula es cero, ¿cuál de las siguientes afirmaciones debe ser verdadera?

a) La velocidad es cero
b) La velocidad se reduce
c) La velocidad no ha cambiado
d) La velocidad no ha cambiado
e) No hay desplazamiento del objeto

La respuesta correcta era e. ¿En qué escenario cambiaría la velocidad?

Había una explicación al lado de la pregunta:

Como el trabajo realizado es cero, indica que la fuerza aplicada es cero. Como Fuerza = Masa X Aceleración, y la masa no es cero, esto implica que la aceleración es cero.

Cuando se le preguntó sobre esta pregunta, el profesor respondió:

Si no hay desplazamiento, entonces sólo el trabajo realizado es cero. Si la velocidad no cambia, entonces no hay aceleración. Esto llevará a la ausencia de una fuerza. Espero que esto explique la situación.

Answer 1

El trabajo es $\vec{F}.d\vec{s}$ por lo que la respuesta de sus profesores se mantiene sólo si la fuerza es distinta de cero. Por otra parte, si la fuerza es nula, el objeto podría haberse desplazado (por ejemplo, se ha movido a una velocidad constante). Por lo tanto, a menos que haya alguna otra información que especifique que la fuerza externa es distinta de cero (por ejemplo, un problema de varias partes u otra información), la respuesta no puede ser la opción (e).

De todos modos, la opción e) es un subconjunto de la opción d). Si un objeto no se desplaza, su velocidad no cambia y es cero. Por lo tanto, la opción (d) no puede ser incorrecta.

EDIT: ¡La descripción de la imagen parece una locura en múltiples sentidos! O_o

Answer 2

Si has descrito correctamente el problema y la respuesta, tu profesor se ha equivocado. La respuesta es d). El trabajo es el cambio en la energía cinética, así que si el trabajo es cero, la energía cinética es fija y la velocidad es fija. La velocidad puede cambiar si la partícula cambia de dirección. La velocidad no tiene por qué ser cero, y por tanto el desplazamiento no tiene por qué ser cero.

Answer 3

La velocidad, en este caso, sólo puede cambiar por su energía interna. Es inevitable que haya un desplazamiento si está inicialmente en movimiento.

Answer 4

Además de las respuestas anteriores. Puedes tener un buen ejemplo que demuestre que la respuesta (e) es incorrecta. Si consideras que una partícula cargada entra en un campo magnético El campo magnético NO ejercerá trabajo sobre la partícula, cambiará su velocidad pero NO su velocidad.

La partícula seguirá moviéndose en el campo magnético aunque no se ejerza ningún trabajo sobre ella. Se podría obtener un desplazamiento neto si el campo magnético se eligiera adecuadamente. Esto demuestra que tu profesor está equivocado. La respuesta correcta es (d)

Answer 5

Usando esto de mi libro (Física para Científicos e Ingenieros con Física Moderna 9ª Ed):

Si sobre un sistema actúa más de una fuerza y el sistema puede modelarse como una partícula el trabajo total realizado sobre el sistema es sólo el trabajo realizado por la fuerza neta. Si expresamos expresamos la fuerza neta en la dirección x como o Fx, el trabajo total, o trabajo neto, realizado mientras la partícula se mueve de xi a xf es

ΣW = la integral de ΣF de xi a xf

Una prueba de que d) la velocidad de la partícula debe ser invariable es cierto:

Si ΣW = la integral de ΣF de xi a xf = 0, entonces Δx = 0 O ΣF = 0 (esto solo es una prueba de que e) no debe haber desplazamiento es falso). En el caso de que Δx = 0, la partícula no se desplaza y la velocidad no cambia. Si ΣF = ma0+ma1+ . . . + man = m(Σa) = 0 y m ≠ 0, entonces Σa = 0 y la velocidad vuelve a ser invariable. Por lo tanto, si ΣW = 0, entonces es necesariamente cierto que la velocidad no cambia.