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Fisica 1° · 2024
Libro de Física 1 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Máquinas de movimiento perpetuo: ¿son posibles?

📄 teoria fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

  1. No existen: violan la conservación de la energía. 2) Probabilidad nula según la evidencia experimental. 3) Son imposibles sin modificar leyes bien verificadas. 4) Las leyes de la termodinámica son absolutas, también dentro de casa.
📚 theory fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 36

Fisica 1° · 2024

1
Ejercicio 1

¿Es posible que existan máquinas de movimiento perpetuo?

  1. Una máquina de movimiento perpetuo de primer tipo sería un dispositivo que funciona indefinidamente sin pérdida de energía, es decir, que produce trabajo sin consumir energía.
  2. La primera ley de la termodinámica (conservación de la energía) establece que $ E_{entrada} = E_{salida}$; la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
  3. Por lo tanto, W_{neto} > 0 sin aporte de energía sería $ \Delta E \neq 0$ sin flujo externo, lo que contradice la primera ley.
  4. Una máquina de segundo tipo convertiría íntegramente calor en trabajo (Q \to W con \eta = 1), lo que contradice la segunda ley: siempre hay una fracción de energía disipada como calor residual, Q_{\text{ambiente}} > 0.
  5. Además, en toda máquina real existen fricciones y resistencias que transforman energía mecánica en calor: E_{mec} \to Q, con rendimiento \eta < 1.
Respuesta

No es posible. Las leyes de la termodinámica (conservación de la energía y entropía creciente) prohíben las máquinas de movimiento perpetuo; su creación requeriría modificar las leyes de la física, no revisarlas.

2
Ejercicio 2

¿Cuál es exactamente la probabilidad de crear máquinas de movimiento perpetuo?

  1. Ninguna máquina de este tipo ha funcionado jamás de forma verificable y autónoma, pese a siglos de intentos.
  2. Toda medición experimental confirma \eta < 1 en cualquier dispositivo real.
  3. La probabilidad compatible con la evidencia es esencialmente nula dentro del marco vigente de la física.
Respuesta

Prácticamente cero: ningún experimento ha violado la conservación de la energía, de modo que, dentro de las leyes actuales, la probabilidad es nula.

3
Ejercicio 3

¿Realmente son imposibles estos aparatos, o su creación requeriría una revisión de las leyes de la física?

  1. Las leyes de la termodinámica han sido verificadas experimentalmente con enorme precisión en todos los rangos conocidos.
  2. Si una máquina de movimiento perpetuo llegara a funcionar, lo que debería revisarse no serían las leyes "por capricho", sino mostrar evidencia experimental que las refute.
  3. La novela de Asimov ilustra el costo oculto: la energía «gratuita» provenía de un universo paralelo, es decir, no era energía creada de la nada, sino transferida desde otra fuente.
Respuesta

Son imposibles con la física conocida; solo una evidencia experimental robusta podría forzar una revisión de las leyes, cosa aún nunca observada.

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Ejercicio 4

Explica el sentido de la frase de Homero Simpson: «en esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica».

  1. Homero usa la autoridad de las leyes de la termodinámica como norma indiscutible dentro del hogar.
  2. La broma alude a que esas leyes son tan universales que ni siquiera en una casa pueden quebrarse.

Respuesta orientativa: La frase es un chiste que resume la idea científica de que la conservación de la energía es una regla absoluta: ninguna máquina, ni siquiera la de Lisa, puede producir energía de la nada, porque las leyes de la termodinámica se cumplen en todo lugar.

Contenido de la página

Alguna vez has pensado...

¿Es posible que existan máquinas de movimiento perpetuo?

Máquinas de movimiento perpetuo

En la clásica novela de Isaac Asimov, Los propios dioses, un oscuro químico del año 2070 topa accidentalmente con el mayor descubrimiento de todos los tiempos, la bomba de electrones, que produce energía ilimitada sin coste alguno. El impacto es inmediato y profundo. Es aclamado como el mayor científico de todos los tiempos por satisfacer la insaciable necesidad de energía por parte de la civilización. «Era el Santa Claus y la lámpara de Aladino del mundo entero», escribía Asimov. Funda una compañía que pronto se convierte en una de las corporaciones más ricas del planeta y deja fuera de juego a las industrias del petróleo, el gas, el carbón y la energía nuclear.

El mundo es inundado con energía gratuita y la civilización se emborracha con este nuevo poder. Mientras todos celebran este gran logro, un físico solitario se siente incómodo. «¿De dónde sale toda esta energía gratuita?», se pregunta. Finalmente descubre el secreto. La energía gratuita tiene en realidad un terrible precio: proviene de un agujero en el espacio que conecta nuestro universo con un universo paralelo, y el súbito aflujo de energía en nuestro universo está iniciando una reacción en cadena que con el tiempo destruirá estrellas y galaxias, convertirá el Sol en una supernova y destruirá a la Tierra con él.

Desde que existe la historia escrita, el Santo Grial de inventores y científicos, pero también de charlatanes y artistas del fraude, ha sido la legendaria «máquina de movimiento perpetuo», un dispositivo que puede funcionar indefinidamente sin pérdida de energía. Una versión aún mejor es un dispositivo que crea más energía de la que consume, tal como la bomba de electrones, que crea energía gratuita e ilimitada.

En los próximos años, a medida que nuestro mundo industrializado agote poco a poco el petróleo barato, habrá una enorme presión para encontrar nuevas y abundantes fuentes de energía limpia. El aumento del precio del gas, la caída de la producción, el aumento de la contaminación, los cambios atmosféricos, etc., todo ello alimenta un renovado e intenso interés por la energía.

La popularidad de la máquina de movimiento perpetuo es amplia. En un episodio de Los Simpson titulado «El PTA se dispersa», Lisa construye su propia máquina de movimiento perpetuo durante una huelga de profesores. Esto impulsa a Homero a declarar seriamente: «Lisa, deja eso... en esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica».

En los juegos de ordenador Los Sims, Xenosaga Episodes I and II y Ultima VI: The False Prophet, así como en el programa de Nickelodeon Invasor Zim, las máquinas de movimiento perpetuo tienen un papel destacado en los argumentos.

Pero si la energía es tan preciosa, entonces ¿cuál es exactamente la probabilidad de crear máquinas de movimiento perpetuo? ¿Realmente son imposibles estos aparatos, o su creación requeriría una revisión de las leyes de la física?

Michio Kaku

Tomado de Borges, J. L. (s. f.). El Aleph. Ciudad Seva: http://ciudadseva.com/texto/el-aleph/

Texto de Física — Juntos leemos — pág. 35

Ejemplos resueltos

Si una supuesta máquina de movimiento perpetuo recibe Q = 100 \, \text{J} y produce W = 120 \, \text{J} de trabajo, ¿viola alguna ley de la termodinámica?

  1. Calculamos el rendimiento: \eta = \frac{W}{Q} = \frac{120}{100} = 1{,}2.
  2. Como \eta > 1, la energía de salida excede la de entrada: \Delta E = 120 - 100 = 20 \, \text{J} creados de la nada.
  3. Esto contradice la primera ley (\Delta U = Q - W), que exige W \le Q. Respuesta: Sí, viola la conservación de la energía.

Tabla

Tipo de máquina Idea Ley que viola
De primer tipo Funciona indefinidamente sin energía de entrada Primera ley (conservación de la energía)
De segundo tipo Convierte todo el calor en trabajo (\eta = 1) Segunda ley (entropía creciente)

Fórmulas y ecuaciones

Conservación de la energía: \eta < 1 siempre en máquinas reales

\eta = \frac{W_{\text{útil}}}{Q_{\text{absorbida}}} < 1

\Delta U = Q - W

E_{@@MATH_0@@\text{salida}}

Glosario (5)

Máquina de movimiento perpetuo
Hipotético dispositivo que funcionaría indefinidamente sin aporte de energía externa, violando las leyes de la termodinámica.
Primera ley de la termodinámica
Principio de conservación de la energía: la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Segunda ley de la termodinámica
Establece que la entropía de un sistema aislado crece y que ningún proceso transforma calor íntegramente en trabajo.
Rendimiento (η)
Relación entre el trabajo útil obtenido y la energía suministrada; siempre es menor que 1 en máquinas reales.
Divulgación científica
Texto que explica temas científicos a un público no especializado usando ejemplos de la cultura popular.

Preguntas para practicar

¿Es posible que existan máquinas de movimiento perpetuo?

No. La primera y segunda leyes de la termodinámica impiden que un dispositivo produza trabajo indefinidamente sin aporte de energía ni disipar calor.

¿Qué significa la frase de Homero: «en esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica»?

Es un chiste que subraya que la conservación de la energía es una regla universal e indiscutible, válida incluso dentro del hogar.

¿Por qué la energía 'gratuita' de la novela de Asimov no era realmente energía creada de la nada?

Porque provenía de un universo paralelo mediante un agujero espacial: la energía se transfería desde otra fuente, con un coste catastrófico, no se creaba.

Temas y conceptos clave

Máquinas de movimiento perpetuoLeyes de la termodinámicaConservación de la energíaDivulgación científicamovimiento perpetuoprimera ley de la termodinámicasegunda ley de la termodinámicarendimientoenergía libre o gratisfricción

Fuentes y referencias

  • Kaku, Michio. Texto de divulgación sobre máquinas de movimiento perpetuo.
  • Borges, J. L. (s. f.). El Aleph. Ciudad Seva: http://ciudadseva.com/texto/el-aleph/
  • Asimov, Isaac. Los propios dioses (novela).
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Preguntas que la gente también hace

¿Por qué es imposible una máquina de movimiento perpetuo?
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¿Qué dice la primera ley de la termodinámica sobre la energía?
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¿Qué diferencia hay entre máquina de movimiento perpetuo de primer y segundo tipo?
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📌 Antes de leer esto
  • • Concepto de energía y sus formas
  • • Nociones básicas de termodinámica
  • • Idea de conservación de la energía
Siguiente tema sugerido
Leyes de la termodinámica: primera y segunda ley, energía interna y entropía
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 3135 caracteres

Alguna vez has pensado...

¿Es posible que existan máquinas de movimiento perpetuo?

Máquinas de movimiento perpetuo

En la clásica novela de Isaac Asimov, Los propios dioses, un oscuro químico del año 2070 topa accidentalmente con el mayor descubrimiento de todos los tiempos, la bomba de electrones, que produce energía ilimitada sin coste alguno. El impacto es inmediato y profundo. Es aclamado como el mayor científico de todos los tiempos por satisfacer la insaciable necesidad de energía por parte de la civilización. «Era el Santa Claus y la lámpara de Aladino del mundo entero», escribía Asimov. Funda una compañía que pronto se convierte en una de las corporaciones más ricas del planeta y deja fuera de juego a las industrias del petróleo, el gas, el carbón y la energía nuclear.

El mundo es inundado con energía gratuita y la civilización se emborracha con este nuevo poder. Mientras todos celebran este gran logro, un físico solitario se siente incómodo. «¿De dónde sale toda esta energía gratuita?» se pregunta. Finalmente descubre el secreto. La energía gratuita tiene en realidad un terrible precio: proviene de un agujero en el espacio que conecta nuestro universo con un universo paralelo, y el súbito aflujo de energía en nuestro universo está iniciando una reacción en cadena que con el tiempo destruirá estrellas y galaxias, convertirá el Sol en una supernova y destruirá a la Tierra con él.

Desde que existe la historia escrita, el Santo Grial de inventores y científicos, pero también de charlatanes y artistas del fraude, ha sido la legendaria «máquina de movimiento perpetuo», un dispositivo que puede funcionar indefinidamente sin pérdida de energía. Una versión aún mejor es un dispositivo que crea más energía de la que consume, tal como la bomba de electrones, que crea energía gratuita e ilimitada.

En los próximos años, a medida que nuestro mundo industrializado agote poco a poco el petróleo barato, habrá una enorme presión para encontrar nuevas y abundantes fuentes de energía limpia. El aumento del precio del gas, la caída de la producción, el aumento de la contaminación, los cambios atmosféricos, etc., todo ello alimenta un renovado e intenso interés por la energía.

La popularidad de la máquina de movimiento perpetuo es amplia. En un episodio de Los Simpson titulado «El PTA se dispersa», Lisa construye su propia máquina de movimiento perpetuo durante una huelga de profesores. Esto impulsa a Homero a declarar seriamente: «Lisa, deja eso... en esta casa obedecemos las leyes de la termodinámica».

En los juegos de ordenador Los Sims, Xenosaga Episodes | and Il y Ultima VI: The False Prophet, así como en el programa de Nickelodeon Invasor Zim, las máquinas de movimiento perpetuo tienen un papel destacado en los argumentos.

Pero si la energía es tan preciosa, entonces ¿cuál es exactamente la probabilidad de crear

máquinas de movimiento perpetuo? ¿Realmente son imposibles estos aparatos, o su creación requeriría una revisión de las leyes de la física?

Michio Kaku

Tomado de Borges, J. L. (s. f.). El Aleph. Ciudad Seva: http://ciudadseva.com/texto/el-aleph/

Texto de Física \ 3,

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