Sistemas aislados en física: definición y ejemplos

¿Qué es un sistema?

Hablamos mucho de sistemas en física, pero este suele ser un concepto difícil para muchos estudiantes. La idea de un sistema es simple, pero su aplicación puede resultar algo complicada. En pocas palabras, un sistema son dos o más objetos. Pero esto es un poco vago, ¿no?

Para hacerlo aún más complicado, lo que realmente nos interesa comprender es un sistema aislado . Ahora, en lugar de cualquier conjunto antiguo de objetos, tenemos la estipulación adicional de que la cantidad total de energía en el sistema no cambia. Otra forma de verlo es decir que no existe una fuerza neta externa sobre los objetos del sistema, o que los objetos del sistema están aislados de las fuerzas externas.

Una fuerza neta externa sobre un sistema proviene de algo fuera del sistema. En otras palabras, proviene de algo diferente a los objetos dentro del propio sistema. Si necesita mover un automóvil parado, probablemente no llegará muy lejos si se sienta en el asiento del conductor y empuja desde adentro. En cambio, consigues que un grupo de personas aplique una fuerza externa desde el exterior. De hecho, podrías lograr que 5 de los hombres más fuertes del mundo empujen desde adentro, pero en esa posición, son parte del sistema, por lo que la fuerza no hace mucho bien allí.

Para que la fuerza sea externa, la fuerza debe estar desequilibrada , lo que significa que no hay otra fuerza que se le oponga con la misma magnitud. Si usted y su amigo empujan los extremos opuestos del automóvil parado, se quedará justo donde está porque las dos fuerzas están equilibradas: actúan con la misma magnitud pero en direcciones opuestas. Están trabajando uno contra el otro, por lo que esencialmente se cancelan, ¡haciéndolos a ambos parte del sistema aislado! Sería mucho más prudente que tu amigo te ayude a empujar desde el mismo extremo para que la fuerza se desequilibre, sacándote del sistema aislado con el coche.

Ejemplos de sistemas aislados

El automóvil es un ejemplo bastante sencillo de un sistema aislado porque es fácil ver cómo no lo movería empujando desde el interior o empujando desde lados opuestos. Pero los objetos en un sistema aislado no siempre están claramente contenidos así.

Por ejemplo, una colisión frontal entre dos automóviles podría ser un sistema aislado o no, dependiendo de las fuerzas involucradas. Si la colisión frontal es entre dos vehículos que viajan en una carretera que proporciona una gran cantidad de fricción, los automóviles no forman parte de un sistema aislado porque hay una fuerza externa de fricción en funcionamiento allí.

Sin embargo, elimine la fricción de la ecuación y los autos que chocan se convertirán en un sistema aislado. Esto se debe a que las fuerzas que ejercen entre sí se cancelan cuando chocan y no hay fuerzas externas involucradas.

Las bolas de billar son parte de un sistema aislado porque cuando chocan, también ejercen fuerzas equilibradas entre sí. Cuando la bola blanca golpea otra bola, el impulso de la primera bola se transfiere a la segunda bola, enviándola rodando por la mesa. En ausencia de fricción de la mesa, las dos bolas son parte de un sistema aislado porque no hay fuerzas externas en acción.

Podría ser útil pensar en sistemas aislados en términos de su café matutino. Puede notar que su café permanece más caliente por más tiempo si está en una taza cubierta que en una sin tapa. En la taza cubierta, el calor del café está ‘aislado’ del ambiente externo. Sin embargo, el calor (una forma de energía) puede escapar libremente al aire en la taza descubierta porque la ‘barrera’ de la tapa no existe. Por supuesto, también se conduce algo de calor a través de la propia taza (razón por la cual se toma por el asa), pero si en condiciones ideales no hubiera pérdida de calor a través de la taza, la cubierta se parecería a un sistema aislado ya que no habría No habrá pérdida de calor de este recipiente.

La gente en el auto, las bolas de billar en la mesa y los autos en la colisión sin fricción son como café dentro de una taza cerrada. A veces, la taza es fácil de ver, como en el caso del automóvil parado. Otras veces, sin embargo, la ‘taza’ es invisible, como es el caso de la colisión frontal y las bolas de billar.

La realidad de los sistemas aislados

Como muchas cosas en física, describimos situaciones ideales, como automóviles que circulan por carreteras sin fricción. Pero aquí en la Tierra, la ausencia de tales fuerzas no es realista, por lo que realmente no hay sistemas perfectamente aislados. Las fuerzas netas externas casi siempre están presentes y, como nuestra taza de café, se pierde algo de calor.

El universo se considera el único sistema aislado real, porque actúa como un coche enorme y enorme que contiene todo dentro de él. Por más que lo intente, no podrá escapar del universo. Toda la energía y el calor dentro de él simplemente se transfiere, transforma y recicla a medida que se mueve a través de diferentes formas y objetos.

Sin embargo, solo ocupamos una pequeña, minúscula fracción de una fracción del universo, por lo que es más fácil entender cómo un sistema aislado PODRÍA existir en una escala más local, con algunas suposiciones menores, por supuesto. Y comprender estos ejemplos a pequeña escala nos ayuda a comprender cómo funciona el mundo cotidiano que nos rodea de una manera que es relevante y significativa para nosotros en la Tierra.

Resumen de la lección

La física puede ser un tema confuso porque nos desafía a mirar el mundo que nos rodea de manera diferente. Y a veces, las cosas que vemos no siempre son lo que parecen ser porque están sucediendo otras cosas que no vemos.

Un sistema aislado es uno de estos conceptos complicados porque se trata de un sistema en el que la cantidad total de energía no cambia. No necesariamente podemos ver la energía, por lo que tenemos que usar otros conocimientos para ayudarnos a comprender lo que está sucediendo.

Como el café caliente en una taza sellada, los objetos en sistemas aislados están aislados de fuerzas externas. Entonces, mientras la energía total del sistema no cambie y no haya fuerzas externas actuando sobre los objetos en el sistema, podemos decir que el sistema está aislado.

Los resultados del aprendizaje

Después de revisar esta lección, tendrá la capacidad de:

• Describe que es un sistema aislado
• Identificar ejemplos de sistemas aislados
• Explica por qué el universo es el único sistema aislado verdadero.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador