Grupo: 2401
Física III
9/ 05/13
tarea #11:
ENSAYO SOBRE PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Durante la década de 1840, varios físicos entre los que se encontraban Joule, Helmholtz y Meyer, fueron desarrollando la primera ley de la termodinámica. Sin embargo, fueron Clausius en 1850 y Thomson (Lord Kelvin) quienes un año después escribieron los primeros enunciados formales
La primera ley de la termodinámica, es la aplicación del principio de conservación de la energía, a los procesos de calor y termodinámico
El cambio en la energía interna de un sistema es igual al calor adicionado al sistema menos el trabajo realizado por el sistema
Comencemos con una propiedad de llamada Energía. El término energía tiene diversas definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para realizar trabajo.
Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura a su masa y a otras propiedades
Es muy difícil dar una definición concreta y contundente de energía, ya que la energía no es un ente físico real,sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas. Debe quedar claro que la energía es una propiedad y sus diferentes manifestaciones es lo que comúnmente llamamos diferentes formas de energía lo cual es un error ya que sólo existe un concepto de energía de manera singular .
Así como la Ley de Cero definió la propiedad `` temperatura'' la Primera Ley define la propiedad llamada ``energía''.
La Primera Ley de la Termodinámica impide la existencia de movimientos perpetuos de primera especie, es decir, aquellos que se alimentan de la energía que ellos mismos producen, sin necesidad de ningún aporte exterior.
La Primera Ley de la Termodinámica identifica el calor como una forma de energía. Esta idea, que hoy nos parece elemental, tardó mucho en abrirse camino y no fue formulada hasta la década de 1840, gracias a las investigaciones de Mayer y de Joule principalmente. Anteriormente, se pensaba que el calor era una sustancia indestructible y sin peso (el calórico) que no tenía nada que ver con la energía.
HERMAN HELMHOLTZ
Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz; Potsdam, actual Alemania, 1821-Charlottenburgo, id., 1894)
Fisiólogo y físico alemán. Se doctoró en medicina en 1842 por el Instituto Friedrich Wilhelm de Berlín. Ejerció como profesor de fisiología en Königsberg (1849-1855), Bonn (1855-1858) y Heidelberg (1858-1871), y de física en Berlín (1871-1888); finalmente fue nombrado director del Instituto Físico-Técnico de Charlottenburgo. De sus muchas aportaciones a la ciencia destacan el invento del oftalmoscopio, instrumento diseñado para inspeccionar el interior del ojo, y del oftalmómetro, para medir su curvatura. Descubrió que el interior del oído resuena para ciertas frecuencias y analizó los sonidos complejos en sus componentes armónicos. Mostró los mecanismos de los sentidos y midió la velocidad de los impulsos nerviosos. Estudió la actividad muscular y fue el primero en formular matemáticamente el principio de conservación de la energía.
CANTIDAD DE MOVIMIENTO LINEAL Y ANGULAR ASÍ COMO SU CONSERVACIÓN
La cantidad de movimiento lineal o ímpetú es una magnitud física fundamental de tipo vectorial que describe el movimiento de un cuerpo en cualquier teoría mecánica. En mecánica clásica la cantidad de movimiento se define como elproducto de la masa del cuerpo y su velocidad en un instante determina
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Bajo ciertas condiciones de simetría rotacional de los sistemas es una magnitud que se mantiene constante con el tiempo a medida que el sistema evoluciona, lo cual da lugar a una ley de conservación conocida como ley de conservación del momento angular. El momento angular para un cuerpo rígido que rota respecto a un eje, es la resistencia que ofrece dicho cuerpo a la variación de la velocidad angular. En el Sistema Internacional de Unidades el momento angular se mide en kg·m²/s.
A continuación se describen dos sistemas aislados en el que se conserva simultáneamente el momento lineal y del momento angular.
- En el primero, se dispara una bala que queda alojada en un disco situado sobre una mesa de aire.
- En el segundo, se analiza la colisión de una pelota con una bate en una primera aproximación.
Conservación del momento lineal y del momento angular .
Se coloca un disco de masa M y radio R en una mesa de aire. Se dispara un proyectil con una pistola de aire comprimido que queda alojado en el disco a una distancia x de su centro. El centro de masas del sistema formado por el disco y la bala (punto de color azul) se mueve con velocidad Vc. El sistema, además gira con velocidad angular ω alrededor de un eje perpendicular al plano del disco que pasa el c.m..
El sistema formado por la bala y el disco es aislado, la resultante de las fuerzas exteriores es cero, por lo que se verifica simultáneamente el principios de conservación del momento lineal y del momento angular.
- Principio de conservación del momento lineal.
Si la masa de la bala es m y su velocidad es u y el disco de masa M está inicialmente en reposo.mu=(M+m)VcDonde Vc es la velocidad del centro de masas que ahora no coincide con el centro del disco, sino que está situado a una distancia h de su centro
- Principio de conservación del momento angular
Calculamos el momento angular respecto del punto P de impacto de la bala.El momento angular inicial es cero
El momento angular final es la suma del momento angular debido al movimiento de rotación del disco alrededor de une eje que pasa por su centro O y del momento angular orbital de O alrededor del punto P.
La velocidad de O es la suma de la velocidad del c.m. Vc y la velocidad de rotación alrededor de un eje que pasa por el c.m. ω×h
El momento angular disco respecto al punto P es
-Ioω+Mx(Vc-ωh)=0
Donde el momento de inercia del disco es Io=MR2/2
Despejamos la velocidad del c.m. Vc de la primera ecuación y la velocidad angular de rotación ω de la segunda.Otra alternativa, es la de calcular el momento angular respecto del centro de masas (c.m.).El momento angular inicial es m(x-h)u
El momento angular final del sistema formado por el disco y la bala incrustada describiendo un movimiento de rotación alrededor de un eje que pasa por el c.m. es
Io+Mh2 es el momento de inercia del disco respecto de un eje que pasa por el c.m. (teorema de Steiner), el otro término es el momento de inercia de la bala. Igualando el momento angular inicial al final, despejamos la velocidad angular de rotación
- La energía perdida en la colisión Q es la diferencia entre las energías cinética final e inicial.
La energía inicial es la energía cinética de la bala.
La energía final es la suma de la energía cinética de traslación del sistema formado por el disco y la bala, y la energía cinética de rotación de dicho sistema alrededor de un eje que pasa por el c.m.
que buen contenido tienes aqui, gracias por compartirlo
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