Notas de clase. Sobre trabajo y fuerza de rozamiento
J. Güémez
- Publicado el 15 de junio de 2017
- Rev. Esp. Fís. 31(2), 29–33 (2017)
Resumen
En los libros de texto es habitual asociar un «trabajo de la fuerza de rozamiento» para generalizar el teorema trabajo-energía cinética a cuerpos extensos y a fuerzas no conservativas. En esta nota se analizan, con la segunda ley de Newton y el primer principio de la termodinámica, tres procesos: un disco que desciende por un plano inclinado rodando sin deslizar, el mismo disco cuando rueda y desliza, y un bloque que se detiene al deslizar sobre un suelo horizontal con rozamiento. Se muestra que la fuerza de rozamiento, estática o dinámica, que se establece entre un sistema finito y un cuerpo de masa infinita no realiza trabajo de configuración: el producto de esa fuerza por el desplazamiento del centro de masas es un pseudotrabajo, que cuantifica la energía mecánica disipada como trabajo disipativo o, de forma equivalente, como calor. El aumento de entropía del universo está relacionado con el trabajo perdido, lo que pone de manifiesto la irreversibilidad de estos procesos. Se discuten también el caso de un suelo finito y la invariancia galileana del trabajo disipativo.
El artículo no incluye resumen; este se ha redactado para esta web a partir de su texto.
Abstract
Textbooks commonly assign a ‘work of the friction force’ in order to extend the work–kinetic energy theorem to extended bodies and non-conservative forces. In this note, three processes are analysed with Newton’s second law and the first law of thermodynamics: a disc rolling without slipping down an inclined plane, the same disc when it rolls and slips, and a block that comes to rest while sliding on a horizontal floor with friction. It is shown that the friction force, static or kinetic, acting between a finite system and a body of infinite mass does no configuration work: the product of that force and the displacement of the centre of mass is a pseudo-work, which quantifies the mechanical energy dissipated as dissipative work or, equivalently, as heat. The increase in the entropy of the universe is related to the lost work, which shows the irreversibility of these processes. The case of a finite floor and the Galilean invariance of the dissipative work are also discussed.
English translation of the summary above.
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Cómo citarlo: J. Güémez, «Notas de clase. Sobre trabajo y fuerza de rozamiento», Rev. Esp. Fís. 31(2), 29–33 (2017). El artículo completo pertenece a la revista que lo publica; aquí solo se muestran su primera página y su resumen.
Doctor en Física y Profesor Titular de Termodinámica Grado en Física, en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Cantabria
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DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA