¿Es lo mismo usar una escaladora que subir escaleras?
Como el cambio en la energía cinética sigue siendo cero, esto significa que el cambio positivo en la energía potencial gravitatoria es igual al negativo del cambio en la energía interna. Supongamos que tienes una masa de 75 kilogramos. Eso significa que subir 1 metro reduciría tu energía interna en 735 julios. Eso se llama hacer ejercicio.
Subir escaleras vs. utilizar una escaladora
Ahora podemos volver a la pregunta original: ¿Qué dice el principio trabajo-energía sobre las escaleras frente a una máquina escaladora? Bueno, ya hicimos la física de subir escaleras. Es el mismo cálculo si te subes a una mesa de 1 metro o si subes 100 pisos: solo es un valor diferente para la altura. Pero supongamos que te quedas en el mismo sitio mientras las escaleras se mueven debajo de ti. Si alguien midiera tu movimiento hacia delante, diría que tu velocidad es cero. Tu altura tampoco cambia, así que ahora la ecuación trabajo-energía se ve así:
Cortesía de Rhett Allain
Esto dice que el cambio en la energía interna también es cero, lo que significa que no quemas calorías. Pero a ver, eso no puede ser correcto… ¿Verdad? Entonces, ¿cómo arreglamos esto? Voy a utilizar un buen ejemplo basado en este video de Steve Mould. Dice así: Imagina que estás subiendo por una escalera mecánica que se mueve hacia abajo. De nuevo, un observador en el suelo te vería como inmóvil. Sin embargo, también podríamos medir tu velocidad desde el marco de referencia de la escalera mecánica, y estarías subiendo.
De hecho, si la escalera mecánica tuviera paredes y techo, no podrías decir que te mantienes en el sitio. Ni siquiera sabrías que las escaleras se están moviendo. Dado que las escaleras se mueven a velocidad constante (aceleración cero), se trataría de un sistema de referencia inercial. En física, cualquier marco de referencia inercial es tan válido como cualquier otro: las leyes básicas de la física siguen siendo las mismas. Por lo tanto, desde la perspectiva del marco de la escalera mecánica sí te estás moviendo hacia arriba y haciendo el trabajo. Es lo mismo que si estuvieras subiendo por un marco inmóvil.
Pero, en realidad, la escaladora es más difícil
Dije que la escaladora y subir escaleras eran lo mismo, pero no lo son. De hecho, subir 100 pisos es más fácil que la distancia equivalente en una escaladora. ¿Te parece una locura? Lo es un poco. La razón por la que son diferentes es porque el campo gravitatorio (g) nunca es realmente constante.
¿Recuerdas que definimos la energía potencial gravitatoria como U = m x g x y? No es incorrecto, pero es un poco engañoso. En realidad, la energía potencial gravitatoria para el sistema Tierra-persona se definiría como sigue: