Trabajo y calor como transferencias de energía

Irene baja una cuesta larga con la bici y aprieta el freno casi todo el rato. Al llegar abajo toca con cuidado la pastilla del freno y nota que está caliente.

1. a) La energía ha llegado a la pastilla mediante un trabajo o mediante un calor?
2. b) ¿Qué fuerza ha realizado esa transferencia de energía?

Marcos tiene las manos frías y las apoya en la taza de chocolate caliente de su hermana. Al poco rato nota las manos mucho mejor.

1. a) ¿Ha recibido energía las manos de Marcos por trabajo o por calor?
2. b) ¿Qué cuerpo ha cedido energía y cuál la ha ganado?

Clasifica cada situación según la energía se transfiera por trabajo (actúa una fuerza) o por calor (hay diferencia de temperatura):

1. a) Estiras una goma elástica con los dedos.
2. b) Una sartén fría sobre la vitrocerámica encendida.
3. c) La batidora remueve el zumo con fuerza.
4. d) Calientas las manos acercándolas a una fogata.
5. e) Frotas las manos entre sí para entrar en calor.

En el Sistema Internacional, tanto el trabajo como el calor se miden en julios ($\text{J}$), la misma unidad que la energía. Explica con tus palabras por qué tiene sentido que las tres cosas compartan unidad.

En un experimento clásico como el de Joule, una pesa de $4\ \text{kg}$ cae y hace girar unas paletas que remueven el agua de un recipiente, como se muestra en la figura. Toma $g = 10\ \text{m/s}^2$, de modo que la pesa tira de la cuerda con una fuerza de $40\ \text{N}$.

1. a) Si la pesa desciende $1,5\ \text{m}$, calcula el trabajo que realiza sobre las paletas en una caída.
2. b) La pesa se sube y se vuelve a soltar $25$ veces. ¿Cuánto trabajo se ha transferido al agua en total?
3. c) ¿En qué se ha convertido ese trabajo dentro del recipiente? Explica qué equivalencia entre trabajo y calor ilustra este experimento.

Un coche que circulaba a $90\ \text{km/h}$ frena hasta parar. La energía que llevaba el coche, ¿ha desaparecido? Explica a dónde ha ido a parar según el primer principio de la termodinámica.

Di si la frase es verdadera o falsa y corrige la idea: «Cuando echo un hielo al refresco, el frío del hielo pasa al refresco y por eso se enfría».

Un sistema recibe $500\ \text{J}$ de trabajo de su entorno y, a la vez, cede $200\ \text{J}$ en forma de calor al ambiente, como se muestra en la figura.

1. a) Calcula en cuánto ha variado la energía del sistema.
2. b) Explica qué significa el signo del resultado: ¿el sistema acaba con más o con menos energía?

En la combustión de la gasolina de un depósito se liberan $20\,000\ \text{J}$ de energía química. De ellos, las ruedas del coche reciben $6000\ \text{J}$ de trabajo útil, como se muestra en la figura.

1. a) Calcula cuánta energía se pierde en forma de calor.
2. b) ¿Qué porcentaje de la energía del combustible se aprovecha como trabajo?
3. c) Indica por dónde sale el calor del coche y explica por qué este balance no contradice el primer principio aunque «se pierda» energía.