Pregunta:
¿Una roca consume energía para mantener su forma?
CramerTV
2018-12-01 00:34:53 UTC
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Una roca asentada en la tierra, el fondo del océano o flotando en el espacio mantiene su forma de alguna manera.La gravedad no lo mantiene unido porque es demasiado pequeño, así que supongo que son enlaces químicos o nucleares que lo mantienen unido como un sólido.Si no, simplemente se desmoronaría.Entonces, ¿qué tipo de energía mantiene la forma de una roca, de dónde vino esta energía y se está disipando lentamente?

Como corolario, si se coloca una roca grande encima de una roca pequeña, ¿se requiere la energía para mantener la forma de la roca pequeña 'utilizada' a un ritmo mayor?

Estrechamente relacionado: https://physics.stackexchange.com/questions/1984/why-does-holding-something-up-cost-energy- While-no-work-is-being-done
@dmckee,, esa es en realidad la analogía que utilicé en una pregunta sobre la construcción del mundo que, después de pensar en las cosas, provocó esta pregunta.Gracias por el enlace.
Cinco respuestas:
knzhou
2018-12-01 00:39:43 UTC
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No, es todo lo contrario.

Las moléculas de una roca no permanecen juntas porque gastan energía.Permanecen juntos debido a los atractivos enlaces químicos.Las moléculas tienen menos energía cuando están juntas que cuando no lo están, así que tienes que gastar energía para romper la roca, no para mantenerla unida.

¿De dónde proviene la energía de los enlaces químicos?¿No son los "enlaces químicos atractivos" un intercambio de electrones?¿Es este intercambio sin pérdidas?
¿De dónde viene la energía para rodar cuesta abajo?Hay una energía potencial absoluta al pie de la colina.¿Por qué no rueda cuesta arriba después de un rato sentado en la parte inferior cuando se acaba la energía?
Tampoco estoy siendo sarcástico.Esta es una analogía exacta que usa la gravedad y los contornos de la macro-materia en lugar de las fuerzas eléctricas y las formas de los enlaces.
@CramerTV Un enlace químico no consiste en disparar electrones hacia adelante y hacia atrás.Es simplemente el hecho de que los electrones tienen algo de energía cuando están enlazados y algo de energía cuando no lo están, y la primera es menor.
La gravedad de @WilliamGrobman, es un intercambio de gravitones, por lo que la energía que "tira" del objeto que rueda cuesta abajo es el resultado del intercambio de gravitones.Entonces, ¿qué crea las 'fuerzas eléctricas' y mantiene las 'formas de enlace'?¿No es la fuerza electromagnética "creada" por un intercambio de fotones?¿Es el intercambio de fotones y gravitones sin pérdidas o eventualmente resulta en una pérdida de energía que con el tiempo liberará todos los enlaces químicos e incluso atómicos y producirá un universo completamente lleno de energía?
La energía no es una cosa, per se.La energía es básicamente un esquema de contabilidad para el movimiento y la capacidad de las fuerzas resistidas para inducir el movimiento.Hasta donde yo sé, las partículas portadoras de fuerza no se quedan sin fuerza después de consumirlas.De hecho, estoy bastante seguro de que las cargas de fuerza son cantidades conservadas, pero tendrías que hacer otra pregunta allí.
Si de alguna manera perdieran su carga de carga de fuerza, esencialmente sería un tipo de desintegración de partículas y ya no tendrían la misma identidad.Creo que la mecánica detallada de cuándo las partículas se desintegran no se comprende y se cree que es aleatoria (con una vida media posiblemente predecible), pero no creo que sea realmente una cuestión de energía y no se aplica a las partículas que transportan fuerzas fundamentales.
@CramerTV Lo siento, pero no es así como funcionan las fuerzas.Resulta que para calcular la fuerza entre dos partículas, debes usar diagramas llamados diagramas de Feynman.El diagrama de Feynman más simple tiene un garabato que va entre las dos partículas.Algunas personas dicen que el garabato significa que una partícula dispara un fotón a la otra, pero eso no es lo que realmente sucede.
@CramerTV Desafortunadamente, casi todas las fuentes de ciencia popular explican las fuerzas de esta manera falsa porque es más fácil; la explicación real es demasiado técnica.No hay necesidad de que el disparo y reactivación de fotones sea "sin pérdidas", porque en realidad no ocurre en absoluto.
@knzhou, Ok, guau.Entiendo cómo se abstraen y simplifican las cosas para que los laicos podamos comprender las generalidades.Así que, por favor, indíqueme algo para leer sobre esto.Entonces he tenido una falsa impresión durante mucho tiempo.No soy físico, sino ingeniero que trabaja en varios equipos de comunicaciones inalámbricas durante los últimos 20 años y siempre he pensado que los gráficos de Smith eran fotones reales (energía) que salían de la antena para ser recibidos por otra antena.Ahora estás diciendo que no es así.Simplemente guau.Estoy emocionado de saber cómo funciona * realmente *.Gracias.
@CramerTV Una antena de transmisor de radio * sí * emite energía en forma de ondas electromagnéticas (o fotones, si lo prefiere), y una antena receptora también recibe energía.Sin embargo, dos átomos unidos químicamente no intercambian fotones reales entre sí, pero puede ser útil para modelar la atracción (o repulsión) electromagnética mediante el intercambio de fotones * virtuales *.
@CramerTV Los gráficos de Smith son perfectamente correctos, simplemente no funciona de esa manera para las partículas individuales que interactúan; ahí tienes que usar la mecánica cuántica.Desafortunadamente, no estoy seguro de cuál es la mejor manera de aprender la explicación cuántica.La forma más fácil para los ingenieros es probablemente QED de cavidad, que tiene aplicaciones reales, pero aún requiere un gran conocimiento de la mecánica cuántica, que tendrá que obtener de uno de los libros estándar.
@CramerTV Allí aprenderá que hay formas de interactuar a escala cuántica que no miran a _todos_ como un mecanismo de "intercambio de partículas".Lamentablemente, no sé cómo explicarlo solo con palabras.Realmente necesitas las matemáticas aquí para evitar malentendidos.Es completamente posible aprender mecánica cuántica solo de buenas fuentes públicas gratuitas, pero no será fácil;este es el tipo de cosas que requieren un año de estudio serio.
@knzhou, Buscaré QED en cavidades y otras fuentes de QM.¡Gracias!
kalle
2018-12-01 01:56:30 UTC
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Existen varios mecanismos que mantienen unidos los elementos sólidos, todos tienen una cosa en común: ¡reducen la energía al mínimo!¡Cuando quiera romperlo, le costará energía hacerlo!

Algunos ejemplos de enlaces son:

Los enlaces de hidrógeno, que son muy débiles y provienen de una asimetría del electrón alrededor del protón, de tal manera que es energéticamente favorable formar enlaces en lugar de repelerse.

Enlaces iónicos, que pueden ser bastante fuertes, pero los materiales suelen ser recalcitrantes (quebradizos).Los materiales que tienen enlaces iónicos no son puros, son una mezcla de dos elementos diferentes, uno con carga positiva, otro con carga negativa y forman moléculas juntas, principalmente debido a la fuerza de Coulomb.

¡Hay muchos más!

Virgo
2018-12-01 15:50:04 UTC
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La cantidad de trabajo realizado es igual a la distancia recorrida multiplicada por la fuerza en la dirección del movimiento.Como la roca mantiene la misma forma, no es necesario ejercer energía.

Puede estar pensando que la piedra necesita gastar energía para sostener su masa pesada de la misma manera que lo hacen nuestros músculos si sostenemos un peso pesado.Pero los músculos necesitan contraerse para levantar un peso pesado y esto requiere una actividad continua a nivel celular, como se explica en la respuesta a esta pregunta.

lamplamp
2018-12-01 03:36:39 UTC
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Considere una respuesta por contradicción:

Imagina que la roca está en el vacío del espacio exterior sin que se le pueda agregar energía. Supongamos que usa energía para mantener la forma.Luego, en algún momento, se quedará sin energía y la forma cambiará.Ahora, dado que se ha quedado sin energía y no puede cambiar de forma, ¿no mantiene ahora la forma sin energía?

poige
2018-12-04 00:20:26 UTC
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Una vez hubo una paradoja en la física: por qué el electrón no "cae sobre" el núcleo del átomo y ellos decidieron que estaba "rotando". Pero "rotando" emitiría radiación y por tanto perdería energía. Entonces, más tarde, decidieron que el electrón "en rotación" no pierde energía al permanecer en sus "órbitas habilitadas" y solo emitiría radiación al cambiar de órbita.

La roca es un "conjunto" de átomos, en realidad. Deberías investigar la raíz de las cosas.

La gravedad no lo mantiene unido porque es demasiado pequeño

La gravedad es enorme en distancias pequeñas (busque la fórmula canónica: tiene / R ^ 2, en realidad). Pero está siendo compensado por otras fuerzas. Podríamos continuar con esto por mucho tiempo, pero obviamente no hay razón para repetir fuentes conocidas: https://en.wikipedia.org/wiki/Fundamental_interaction

De vuelta a su q-n: la roca es una colección de átomos. Los átomos poseen una energía colosal, pero como los electrones en sus órbitas no pierden la suya y no se produce una desintegración radiactiva intensa, todo está "más o menos" equilibrado. Y cuando está equilibrado, lo adivinas.

Los electrones de los átomos no se mueven realmente en órbitas, como los planetas que orbitan una estrella.Hay niveles de energía llamados orbitales, pero es engañoso pensar en un electrón en un orbital moviéndose con una trayectoria clásica, donde en un momento dado el electrón tiene una posición definida y un momento definido.
¿Es la luz una onda o no?:) Todas esas cosas son en realidad abstracciones y en mi explicación he dado abstracciones que usan "modelo planetario de átomos".No significa que si escala su microscopio, realmente verá bolas alrededor de bolas.Es bastante obvio lo que estas diciendo
Por eso, por cierto, algunas partes de mi respuesta se citan como "hacia abajo" y "rotando".En realidad, no es la esencia, pero en mi opinión ayuda a comprender la estabilidad que tiene el sistema en general y por qué se considera estable.


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