¿Se usa la energía cuando se aplica una fuerza (dado que la fuerza no mueve nada)?

Estás hablando de la mecánica de materiales muy diferentes. Si bien una gran parte del brazo consiste en materiales blandos y flexibles que son bioquímicamente activos, el suelo, digamos que es piedra, es un material duro y quebradizo que no tiene energía química o física en sí misma para que funcione como un brazo. Tienes que usar diferentes marcos para entender la mecánica de los dos.

  1. Como funciona el brazo

Su brazo puede soportar el peso debido a los músculos en su interior. El músculo es un material increíble en el sentido de que puede estirarse y contraerse mucho y cambiar su rigidez mientras lo ejercitas. Esta fantástica propiedad del músculo no viene gratis, por supuesto. Dentro del músculo, hay filamentos de proteínas que se llaman actina y miosina. Estos filamentos actúan como un motor al deslizarse uno sobre el otro cuando mueves el brazo para que el músculo se contraiga y se relaje.

El movimiento de estas proteínas es alimentado por una molécula llamada ATP. Para que su cuerpo cree ATP, necesita un poco de energía, como la glucosa, por ejemplo. Esto significa que está utilizando la energía de la glucosa cuando contrae su brazo para soportar el peso.

2. ¿Cómo funciona la piedra?

Por otro lado, la piedra es un material muy estático en comparación con el músculo. De hecho, notarás que su forma apenas cambia cuando le pones un peso. En realidad, la piedra se deforma un poco, pero es demasiado pequeña para notarla a menos que la mida con un instrumento altamente preciso.

Lo que sucede a nivel atómico es que la distancia entre los átomos de la piedra cambia para adaptarse al pequeño cambio de forma. Y debido a que este cambio de distancia no implica ninguna fricción, la distancia entre los átomos volverá a la normalidad sin gastar energía. Este tipo de pequeña deformación con costo de energía cero se llama deformación elástica. Mientras la cantidad de deformación no exceda un cierto límite, que se denomina límite elástico, no habrá gasto energético general, por lo tanto no habrá trabajo realizado por el suelo para soportar el peso.

En resumen, incluso si no está haciendo ningún trabajo físico con su brazo, sí necesita gastar energía química para soportar el peso debido a cómo funciona el músculo, mientras que la piedra no.

Una fuerza no funciona a menos que mueva algo, entonces, ¿a dónde va la energía de tus músculos cuando sostienes un peso?

El truco es que el movimiento está ocurriendo dentro del músculo. Aunque su brazo puede parecer quieto, las células individuales dentro del músculo están en constante contracción. Esa energía se convierte en calor y calienta el músculo.

Una sola célula muscular solo puede contraerse con toda su fuerza; está encendido o apagado Después de la contratación, también necesita algo de tiempo para recargarse antes de que pueda volver a hacerlo. Así que para producir una fuerza constante, las células musculares se turnan para contraerse. De esa manera, algunos de ellos siempre sostienen la carga mientras que otros se recargan. Cuanto más fuerte es la fuerza requerida, más células deben activarse a la vez.

Es por eso que tu brazo puede cansarse de sostener un peso. Estar de pie requiere poca energía por sí solo, ya que sus huesos soportan la mayor parte del peso. Y a diferencia de los músculos, los huesos son rígidos y pueden apoyarte sin moverte.

En física, ¡sostener un peso ” es ” equivalente a no hacer ningún trabajo !

“Oye. Mantenga esta caja de 15 kg para mí. Volveré después de 3 horas. No lo pongas, cúbrelo en tu espalda. No estás haciendo ningún trabajo, de verdad.

Eso es física!

Asi que:

[math] E = \ dfrac {1} {2} mv ^ 2 [/ math]

Y

[math] W = FΔx [/ math]

Pero

[math] FΔx = maΔx [/ math]

Utilizando

[math] v_f ^ 2 = v_i ^ 2 + 2aΔx \ iff \ dfrac {v_f ^ 2-v_i ^ 2} {2} = aΔx [/ math]

Esto significa que:

[math] W = m (\ dfrac {v_f ^ 2-v_i ^ 2} {2}) [/ math]

Esto implica que:

[math] W = E_k (f) -E_k (i) = ΔE_k [/ math]

Entonces, [math] Δx = 0 \ implica W = F (0) = 0J [/ math], por lo tanto [math] ΔE_k = 0J [/ math]

¿De dónde viene la energía para sostener el peso?

¡Es bioquímica!

Su cuerpo crea ATP con los alimentos que come, y esto lo usan los músculos, junto con [math] O_2 [/ math] (oxígeno) para realizar tareas físicas.

¡Tus músculos pueden entonces sostener el peso con energía química !

A eso te refieres cuando dices: “… no hacer trabajo, sino usar energía …”

El tipo de energía que se relaciona con el trabajo en términos de conceptos físicos, [math] E_k [/ math], es igual a cero.

Ah, y también, el suelo ejerce una fuerza normal sobre ti debido a la reciprocidad, ¡ no a la energía !

Otro tipo de energía que puede considerar es la energía potencial, pero eso tiene poco que ver con la razón por la que puede sostener el peso.

Es posible que desee comprobar las definiciones de cantidades en “Mecánica”

En Engineering Mechanics, mantener un peso a una altura fija en un campo gravitatorio no usa energía, no hace trabajo. Un puesto no vivo podría lograr lo mismo. Es solo porque usted es una criatura viva y necesita energía para sostener su cuerpo y alimentar sus músculos si se utiliza energía. Sus funciones corporales son alimentadas por los alimentos que consume.