Debido a que la física es el estudio de cómo fluye la materia y la energía, la ley de conservación de la energía es una idea clave para explicar todo lo que un físico estudia, y la manera en que él o ella se dedica a estudiarlo.
La física no se trata de memorizar unidades o ecuaciones, sino de un marco que gobierna cómo se comportan todas las partículas, incluso si las similitudes no son evidentes de un vistazo.
La primera ley de la termodinámica es una reformulación de esta ley de conservación de energía en términos de energía térmica: la energía interna de un sistema debe ser igual al total de todo el trabajo realizado en el sistema, más o menos el calor que fluye hacia o fuera del sistema.
Otro principio de conservación bien conocido en física es la ley de la conservación de la masa; Como descubrirá, estas dos leyes de conservación, y le presentaremos a otras dos aquí también, están más estrechamente relacionadas de lo que parece (o cerebro). Las Leyes del Movimiento de Newton
Cualquier estudio de los principios físicos universales debe estar respaldado por una revisión de las tres leyes básicas del movimiento, elaborada por Isaac Newton hace cientos de años. Estos son:
Las leyes de conservación en física se aplican a la perfección matemática solo en sistemas verdaderamente aislados. En la vida cotidiana, tales escenarios son raros. Cuatro cantidades conservadas son mass La masa es solo la cantidad de materia de algo, y cuando se multiplica por la aceleración local debido a la gravedad, el resultado es el peso. La masa no puede destruirse ni crearse desde cero más que la energía. El momento es el producto de la masa de un objeto y su velocidad (m · v). En un sistema de dos o más partículas que colisionan, el ímpetu total del sistema (la suma de los momentos individuales de los objetos) nunca cambia mientras no haya pérdidas por fricción o interacciones con cuerpos externos. El momento angular (L) es solo el momento alrededor de un eje de un objeto giratorio, y es igual a m · v · r, donde r es la distancia desde el objeto al eje de rotación. La energía aparece en muchas formas, algunas más útiles que otras. El calor, la forma en que es donde está destinada a existir toda la energía, es el menos útil en términos de ponerlo a trabajar de manera útil, y generalmente es un producto. La ley de conservación de la energía puede escribirse : KE + PE + IE \u003d E donde KE \u003d energía cinética \u003d (1/2) mv 2, PE \u003d energía potencial (igual a mgh cuando la gravedad es la única fuerza actuando, pero visto en otras formas), IE \u003d energía interna, y E \u003d energía total \u003d una constante. Toda la energía en el universo surgió del Big Bang, y esa cantidad total de energía no puede cambiar. En cambio, observamos formas que cambian continuamente de energía, desde energía cinética (energía de movimiento) hasta energía térmica, desde energía química hasta energía eléctrica, desde energía potencial gravitacional hasta energía mecánica, etc. El calor es un tipo especial de energía ( energía térmica Esto significa que una vez que parte de la energía de un sistema se transforma en calor, no puede volverse tan fácilmente a una forma más útil sin la entrada de trabajo adicional, que requiere energía adicional. La cantidad feroz de energía radiante que el sol emite cada segundo y puede Nunca, de ninguna manera, reclamar o reutilizar es un testimonio permanente de esta realidad, que se desarrolla continuamente en toda la galaxia y el universo en su conjunto. Parte de esta energía es "capturada" en los procesos biológicos en la Tierra, incluida la fotosíntesis en las plantas, que producen sus propios alimentos, así como proporcionan alimentos (energía) para animales y bacterias, y así sucesivamente. También puede ser capturado por productos de ingeniería humana, como las células solares. Los estudiantes de física de la escuela secundaria suelen usar gráficos circulares o gráficos de barras para mostrar la energía total del sistema en estudio y realizar un seguimiento sus cambios. Debido a que la cantidad total de energía en el pastel (o la suma de las alturas de las barras) no puede cambiar, la diferencia en las categorías de rebanadas o barras demuestra la cantidad de energía total en un punto dado es una forma de energía u otra. En un escenario, se pueden mostrar diferentes gráficos en diferentes puntos para rastrear estos cambios. Por ejemplo, tenga en cuenta que la cantidad de energía térmica casi siempre aumenta, lo que representa un desperdicio en la mayoría de los casos. Por ejemplo, si lanza una pelota en un ángulo de 45 grados, inicialmente toda su energía es cinética (porque h \u003d 0), y luego, en el punto en el que la bola alcanza su punto más alto, su energía potencial como parte de la energía total es más alta. Tanto a medida que sube como a medida que cae, parte de su la energía se transforma en calor como resultado de las fuerzas de fricción del aire, por lo que KE + PE no permanece constante en todo este escenario, sino que disminuye mientras la energía total E aún permanece constante. (Inserte algunos diagramas de ejemplo con gráficos circulares /de barras que rastrean los cambios de energía Si sostiene una bola de boliche de 1.5 kg desde una azotea a 100 m (aproximadamente 30 pisos) sobre el suelo, puede calcular su energía potencial dado que el valor de g \u003d 9.8 m /s 2 y PE \u003d mgh: (1.5 kg) (100 m) (9.8 m /s 2) \u003d 1,470 Joule s (J) Si suelta la pelota, su energía cinética cero aumenta más y más rápidamente a medida que la pelota cae y acelera. En el momento en que llega al suelo, KE debe ser igual al valor de PE al comienzo del problema, o 1,470 J. En este momento, KE \u003d 1,470 \u003d (1/2) mv 2 \u003d (1/2) (1.5 kg) v 2 Suponiendo que no haya pérdida de energía debido a la fricción, la conservación de la energía mecánica le permite calcular v Los estudiantes de física podrían estar confundidos por la famosa ecuación de masa-energía (E \u003d mc 2), preguntándose si desafía la ley de conservación de energía (o conservación de la masa), ya que implica que la masa se puede convertir en energía y viceversa. En realidad no viola ninguna de las leyes porque demuestra que la masa y la energía son formas diferentes de la misma cosa. Es algo así como medirlos en diferentes unidades dadas las diferentes demandas de las situaciones de mecánica clásica y cuántica. En la muerte por calor del universo, según la tercera ley de la termodinámica, toda la materia se habrá convertido en térmica energía. Una vez que se completa esta conversión de energía, no pueden ocurrir más transformaciones, al menos no sin otro evento singular hipotético como el Big Bang. Una "máquina de movimiento perpetuo" (por ejemplo, un péndulo que se balancea con la misma sincronización y barrido sin disminuir la velocidad en la Tierra es imposible debido a la resistencia del aire y las pérdidas de energía asociadas. Mantener el artilugio en marcha requeriría una entrada de trabajo externo en algún momento, lo que frustraría el propósito.
, energy
, momentum
y angular moment
. Los tres últimos están dentro del ámbito de la mecánica.
Transformaciones de energía y formas de energía
Ejemplos de transferencia de energía
) porque, como se señaló, es menos útil para los humanos que otras formas.
Tracking Energy Conservation
Cinemática Ejemplo: caída libre
, lo que resulta ser 44.3 m /s.
¿Qué pasa con Einstein?
¿La máquina de movimiento perpetuo?
