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¿Qué es un julio? me parece confusa la definicion

Esta es la definición en Wikipedia.

Es igual a la cantidad de trabajo realizado cuando una fuerza de 1 newton desplaza un cuerpo una distancia de 1 metro en la dirección de la fuerza aplicada.

Considero que eso significa que es igual a la cantidad de trabajo realizado cuando empujas un objeto con una fuerza de 1 newton hasta que el objeto se ha movido un metro.

Sin embargo, cuando imagino ejemplos, no tiene sentido.

Digamos que hay un pequeño cojinete de bolas flotando en el espacio, completamente inmóvil en relación conmigo, lo empujo con una fuerza de 1 newton hasta que se mueve 1 metro, ok, he hecho 1 julio de trabajo.

Pero ahora reemplacemos el cojinete de bolas con una bola de boliche. Si lo empujo con una fuerza de 1 newton hasta que se mueva 1 metro, acelerará mucho más lento, tardará mucho más en moverse 1 m, así que lo estoy empujando con una fuerza de 1 N durante más tiempo, así que siento como si hubiera hecho más trabajo moviéndolo en comparación con el rodamiento de bolas.

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Empujar el cojinete de bolas con 1N durante un metro y empujar una bola de boliche con 1 N durante 1 metro hacen exactamente la misma cantidad de trabajo: 1 julio. Como dices, la bola de boliche tardará mucho más en moverse un metro. Esto significa que al final del viaje de 1 metro, la bola de boliche y el cojinete de bolas tendrán el mismo energía cinéticapero la bola de boliche tendrá mucho más impulso.

Llevado al extremo, su argumento podría usarse para respaldar la idea de que debemos calcular una cantidad infinita de trabajo que se realiza cuando empujamos contra una pared estática.

El trabajo es una energía determinada como fuerza que actúa sobre una distancia sin importar el tiempo. La energía del trabajo se traduce en su ejemplo en energía cinética en el objeto. La potencia es trabajo por tiempo. Considere el trabajo, la energía cinética, la velocidad del objeto y la entrada de potencia para 1 N en dos casos, aplicado durante 1 s para mover 1 kg en 1 m y aplicado durante 100 s para mover 100 kg en 1 m.

$w_1 = (1)(1) = 1\ \mathrm{J}$

$E_{K1} = 1\ \mathrm{J}$

$v_1^2 = 2\ (\mathrm{m/s})^2$

$P_1 = (1)(1)/(1) = 1\ \mathrm{W}$

$w_2 = (1)(1) = 1\ \mathrm{J}$

$E_{K2} = 1\ \mathrm{J}$

$v_2^2 = (2/100)\ (\mathrm{m/s})^2$

$P_2 = (1)(1)/(100) = 0.01\ \mathrm{W}$

Harás el mismo trabajo para el mismo cambio de energía cinética. Ingresará más energía al primer objeto y tendrá una velocidad más alta.

¿Qué es un julio?

Es una unidad de trabajo, y el trabajo es una cantidad escalar definida como

$$W = \int \vec{F} \cdot d\vec{s}$$

donde $ \vec {F} $ es fuerza y $\vec{s}$ es desplazamiento. Tenga en cuenta que el punto entre la fuerza y ​​el desplazamiento representa producto escalar, lo que significa que solo funciona la componente de fuerza paralela al desplazamiento, mientras que la componente perpendicular no funciona. De esta definición podemos concluir que la unidad de trabajo es $\text{Nm}$ a la que se le asigna una unidad especial llamada Joule: $1 \text{J} = 1 \text{Nm}$.

Pero ahora reemplacemos el cojinete de bolas con una bola de boliche. Si lo empujo con una fuerza de 1 newton hasta que se mueva 1 metro, acelerará mucho más lento, tardará mucho más en moverse 1 M, así que lo estoy empujando con una fuerza de 1 N durante más tiempo, así que siento como si hubiera hecho más trabajo moviéndolo en comparación con el rodamiento de bolas.

Todo habría tenido sentido si hubieras sabido sobre el teorema trabajo-energía

$$ \ Delta K = W $$

El teorema anterior se derivó directamente del segunda ley de movimiento de newton y de la definición de trabajo. Lo que dice es que el cambio de energía cinética es igual al trabajo total realizado sobre un objeto. Como la energía cinética se define como $K = \frac{1}{2} mv^2$ la ecuación anterior también se puede escribir como

$$\frac{1}{2} m (v_f^2 – v_i^2) = W$$

donde $v_f$ y $ v_i $ son las velocidades final e inicial, respectivamente. Para la misma cantidad de trabajo realizado en dos objetos con diferente masa, la velocidad del objeto más pesado cambiará menos que la velocidad del objeto más ligero. Se necesita más trabajo para acelerar un objeto más pesado a la misma diferencia de velocidad en comparación con un objeto más liviano, lo cual es bastante intuitivo.

acelerará mucho más lento, tardará mucho más en moverse 1M

Este es un error común: el trabajo, por definición, no se trata de tiempo, se trata de desplazamiento. La integral de la fuerza en el tiempo es el impulso que está relacionado con la teorema impulso-cantidad

$$\vec{J} = \int \vec{F} dt \qquad \text{y} \qquad \Delta \vec{p} = \vec{J}$$

que es (ligeramente) un concepto diferente al trabajo, pero igualmente útil.

Concluiré esto con un párrafo sobre el concepto abstracto de energía:

«Es importante darse cuenta de que en la física de hoy, no tenemos conocimiento de qué energía es. No tenemos una imagen de que la energía viene en pequeñas gotas de una cantidad definida. No es así. Sin embargo, hay fórmulas para calcular alguna cantidad numérica, y cuando lo sumamos todo da «28», siempre el mismo número. Es una cosa abstracta en el sentido de que no nos dice el mecanismo o el razones para las distintas fórmulas.

Desde «Las conferencias Feynman sobre física»Volúmen 1., 4-1 ¿Qué es la energía?

Aunque empujas la bola pesada durante más tiempo, estás haciendo trabajo a un ritmo más lento, por lo que el cambio total de energía es el mismo. La tasa de cambio de la energía cinética de un objeto de masa constante está relacionada con la tasa de cambio de la velocidad, es decir, la aceleración. Lo sabemos $ F = tiene $, por lo que dada una fuerza constante, un objeto más masivo acelerará más lentamente. La energía cinética del objeto es igual a $1/2mv^2$, por lo que podemos inferir que a medida que el objeto cambia de velocidad (acelera) más lentamente, su energía cinética cambia más lentamente. Puede impartir energía a una tasa alta durante un tiempo breve en la bola pequeña, o impartir energía a una tasa baja durante mucho tiempo en la bola grande, y terminar con exactamente el mismo cambio de energía cinética.

Como un ejemplo diferente, imagine un caso de energía potencial de elevar un objeto pesado a cierta altura. No importa si levanta el objeto rápida o lentamente, terminará con exactamente el mismo cambio en la energía potencial y, por lo tanto, realizará la misma cantidad de trabajo. Al final, no es el hora sobre el cual se aplica una fuerza que realmente importa para el trabajo de cómputo, es el distancia.

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