Encuentra la cantidad de energía e disipada por la fricción en el momento en que el bloque se detiene.
La disipación de energía significa que cuando una forma de energía (por ejemplo, la energía potencial) se convierte en otra (por ejemplo, la energía cinética), ya no puede volver a convertirse completamente en su forma original. La fricción, por ejemplo, es un proceso típico de disipación en el que la energía mecánica se convierte en energía térmica y no puede volver a convertirse completamente en energía mecánica. La energía mecánica se ha disipado (parcialmente) en energía térmica. La disipación de energía es, por tanto, un proceso irreversible.
Un ejemplo de proceso de disipación es el rodaje de un coche de juguete por una vía. La pista parte de una cierta altura y luego va cuesta abajo. A continuación, la vía entra en un bucle y vuelve a subir hasta el punto de partida. El coche de juguete rueda ahora hacia abajo desde el punto de partida. Durante el recorrido, la energía potencial se convierte en energía cinética y viceversa. Sin el rozamiento, el coche de juguete volvería a su altura original después del recorrido y llegaría al punto de partida.
En realidad, el rozamiento se produce tanto en las ruedas del vehículo (rozamiento por deslizamiento) como entre el vehículo y el aire (arrastre). En este caso, el coche y el entorno se calientan en los puntos donde se produce la fricción. El coche ya no alcanza su altura original. La diferencia entre la energía potencial al principio y al final corresponde a la energía disipada por el rozamiento. Esta cantidad de energía ya no puede volver a convertirse en energía cinética o potencial para que el coche vuelva a su posición inicial. Así, la energía potencial original del coche se ha disipado parcialmente en energía térmica.
Energía disipada por los ejemplos de fricción
parámetro de rotura, el aumento de la energía superficial y, por último, la energía disipada por rotura. Sumando la energía de contacto en todos los contactos de una muestra, se calcula la energía elástica almacenada. El cálculo de la energía disipada por la fricción requiere calcular los movimientos relativos de los contactos, que son muy imprevisibles, especialmente cuando hay aplastamiento. Por lo tanto, incluimos la disipación que resulta del desplazamiento relativo de los granos en contacto (incluyendo tanto los fragmentos aplastados como los granos intactos circundantes) en la energía disipada por fricción. Obtenemos la energía disipada por fricción restando la energía elástica almacenada en los granos y la energía de rotura de la energía de entrada. Los resultados muestran que la distribución de energía es sensible a la tensión y cambia mucho con el aumento de la tensión de compresión. La disipación de energía por fricción desempeña un papel importante durante la conminución confinada.
Fórmula de la energía disipada por la fricción
Consideremos dos neumáticos sobre ejes fijos, colocados de forma que sus bandas de rodadura se toquen. Cuando se hace girar un neumático, el otro también gira. La razón por la que el otro neumático gana energía es porque la fricción entre un neumático y el otro realiza un trabajo sobre él. En este caso, el trabajo realizado en el segundo neumático por la fricción es igual a la suma de la energía cinética de rotación del segundo neumático y la energía disipada en forma de calor y sonido.
Otro ejemplo común: cuando se frota un globo en el pelo, la fricción hace que tanto el globo como el pelo se carguen. Hay una energía asociada a la creación de esta distribución de carga; por tanto, el trabajo realizado por la fricción es igual a la suma de la energía de la distribución de carga y la energía disipada en forma de calor y sonido.
La respuesta no es sencilla. El trabajo realizado por la fricción en el centro de masa (CM) del objeto que se desliza es diferente del trabajo realizado en el objeto que se desliza según la primera ley de la termodinámica. El problema es que el término “trabajo” se utiliza para designar dos conceptos diferentes. Los tratamientos de física elemental consideran el trabajo basado en el CM utilizando las leyes del movimiento de Newton y ese es el tratamiento utilizado en las respuestas anteriores; esto es correcto pero no proporciona ninguna información sobre el “calentamiento del objeto”. El objeto sí tiene un aumento de energía interna y eso no se puede calcular utilizando las leyes del movimiento; hay que utilizar la primera ley de la termodinámica. Véase “Work and Heat Transfer in the Presence of Friction”, Sherwood y Bernard, Am. J. Physics 52(11), noviembre de 1984. Denotan el trabajo en el CM como pseudotrabajo y utilizan el trabajo para denotar el trabajo en la primera ley.
Disipación por fricción
Cuando un fluido se desplaza por una tubería, la energía se disipa por la fricción. La cantidad de energía que se pierde depende de varios factores, como la velocidad y la viscosidad del fluido. Si el flujo es turbulento, puede depender incluso de la rugosidad de las paredes de la tubería.
Las pérdidas debidas a la fricción harán que la presión disminuya a lo largo de la tubería, aumentando así la cantidad de energía que debe suministrar una bomba para mantener el caudal. Estas pérdidas pueden ser importantes en sistemas en los que se emplean tramos largos de tuberías (por ejemplo, en intercambiadores de calor, oleoductos, sistemas de protección contra incendios, etc.).
La cantidad $h_L$ representa la pérdida de energía en el sistema y en esta sección aprenderemos a calcularla. En primer lugar, examinaremos la pérdida de energía por fricción cuando el fluido circula por una tubería redonda. A continuación, lo generalizaremos a las tuberías o tubos de secciones transversales no circulares. Por último, estudiaremos las pérdidas de energía debidas a las válvulas y accesorios (denominadas pérdidas menores).
Todos tenemos una noción intuitiva de lo que entendemos por flujo laminar y turbulento. El flujo laminar tiene la apariencia de una corriente suave y constante, mientras que el flujo turbulento parece caótico e irregular y puede contener remolinos y torbellinos de fluido.