5.5: En Resumen

1. Para interacciones conservadoras se puede definir una energía potencial\(U\), de tal manera que en el transcurso de la interacción la energía mecánica total\(E = U + K\) del sistema permanezca constante, incluso como\(K\) y\(U\) por separado cambie. La función\(U\) es una medida de la energía almacenada en la configuración del sistema, es decir, la posición relativa de todas sus partes.
2. La función de energía potencial para un sistema de dos partículas debe ser una función de su posición relativa únicamente:\(U(x_1 − x_2)\). Sin embargo, si uno de los objetos es muy masivo, por lo que no se mueve durante la interacción, su posición puede tomarse como el origen de las coordenadas, y\(U\) escribirse solo en función de la coordenada del objeto más ligero.
3. Para un sistema formado por la tierra y un objeto de masa\(m\) a una altura\(y\) sobre el suelo, la energía potencial gravitacional puede escribirse como\(U^G = mgy\) (aproximadamente, siempre y cuando\(y\) sea mucho menor que el radio de la tierra).
4. La energía potencial elástica almacenada en un resorte ideal de resorte constante\(k\) y longitud relajada\(x_0\), cuando se estira o comprime a una longitud real\(x\), es\(U^{spr} = \frac{1}{2}k(x − x_0)^2\).
5. Para un objeto en una dimensión, con coordenada de posición\(x\), que forma parte de un sistema con energía potencial\(U(x)\), el movimiento puede predecirse a partir del “paisaje energético” formado por la gráfica de la función\(U(x)\). La idea, elaborada en la Sección 5.1.2, es imaginar el movimiento equivalente de un objeto deslizándose sin fricción sobre un mismo paisaje, bajo la influencia de la gravedad.
6. Las interacciones fundamentales actualmente conocidas en la física son la gravedad, la interacción nuclear fuerte y la interacción electrodébil (que incluye todos los fenómenos electromagnéticos). Estos son todos conservadores.
7. A nivel macroscópico, se encuentran una serie de interacciones y energías asociadas que se derivan del electromagnetismo y la mecánica cuántica. Dos ejemplos importantes son la energía química y la energía elástica (que es la energía asociada con la elasticidad o “elasticidad” de un cuerpo). La energía elástica a menudo puede describirse aproximadamente por una función de energía potencial y, como tal, incluirse en los cálculos de la energía mecánica total de un sistema.
8. Las interacciones entre objetos macroscópicos casi siempre implican la conversión de algún tipo de energía en otro. Por lo general, parte de la energía mecánica total siempre se pierde en el proceso de conversión, porque es imposible evitar que al menos parte de la energía se propague aleatoriamente entre las partes microscópicas que componen los objetos que interactúan. Se trata de un proceso intrínsecamente irreversible conocido como disipación de energía.
9. La mayoría de las veces la energía disipada termina como energía térmica, que es energía asociada a una agitación aleatoria a nivel atómico o molecular.
10. Un sistema cerrado es aquel que no intercambia energía con su entorno. Esto no es necesariamente lo mismo que un sistema aislado (que es aquel que no intercambia impulso con su entorno). Para un sistema cerrado, la suma de su energía mecánica macroscópica (potencial cinético +) y todas sus demás energías “internas” (químicas, térmicas), deben ser una constante.