[V925] Transmisión de movimiento

[A916] Trabajo de fuerzas no conservativas

Pongamos que sobre un cuerpo están actuando varias fuerzas. No importa cuáles ni cuántas. Para esa situación, sabemos que el trabajo de la resultante es igual a la variación de energía cinética.

WF1 + WF2 + ... + Wn = WRes = ΔEc

Ahora supongamos que algunas de esas fuerzas son conservativas y otras no-conservativas. Bien, separémoslas en los dos grupos. Podemos estar seguros de que ninguna fuerza quedará afura de esos dos grupos. Y planteemos el trabajo de la resultante, como la suma del trabajo de las no-conservativas más el trabajo de las conservativas.

Wno-cons + Wcons = ΔEc

Pero el trabajo de las fuerzas conservativas siempre resulta igual a menos la variación de una energía potencial (puede tratarse de una energía potencial gravitatoria, o una energía potencial elástica, o cualquier otra energía potencial, o una suma de varias).

Wno-cons — ΔEp = ΔEc
Wno-cons = ΔEc + ΔEp

Energía Mecánica

Vamos a definir un nuevo tipo de energía, llamada energía mecánica, como la suma de la energía potencial (cualquiera que sea) más la energía cinética. Entonces, obtenemos:

     

     Wno-cons = ΔEM          donde          EM = Ec + Ep   

La energía mecánica es la que poseen los cuerpos debido a sus posiciones y velocidades relati-vas. No se trata de la suma de todas las energías posibles, pero es un buen recorte para empezar a hacer cálculos. Cuando no actúan fuerzas no-conservativas (rozamientos, fuerzas musculares, tracciones, motores, etc.) podés estar seguro de que la energía mecánica no varía, se conserva. En la jerga decimos: estamos frente a un proceso conservativo.    

Créditos:

Ricardo Cabrera. Serie “No me salen”. Consultado 08/05/11.

http://neuro.qi.fcen.uba.ar/ricuti/No_me_salen/ENERGIA/AE_no_cons.html

[A907] Fuerzas conservativas y no conservativas

A continuación les dejo un pequeño recopilado de las distintas formas en que podemos expresar a las fuerzas de referencia.

Dentro de las fuerzas que realizan trabajo encontramos dos grupos, las fuerzas conservativas y las no conservativas.

Fuerzas Conservativas

Las fuerzas conservativas son aquellas en las que el trabajo a lo largo de un camino cerrado es nulo. El trabajo depende de los puntos inicial y final y no de la trayectoria. [1]

Una fuerza es conservativa si el trabajo  que realiza al mover una partícula desde A a B es independiente de la trayectoria que recorre la partícula al ir de A a B. Así resulta que si la partícula se mueve a lo largo de una trayectoria cerrada, el trabajo realizado por una fuerza conservativa es cero. (Berkeley, 1, 145)[2]

El teorema de la conservación de la energía mecánica establece que el trabajo realizado sobre un cuerpo se aplica para aumentar algún tipo de energía. Cuando en un sistema sólo hay fuerzas conservativas, la energía mecánica permanece constante. La energía cinética se transforma en energía potencial y viceversa. [3]

Las fuerzas conservativas permiten la conversión de energía potencial en energía cinética, es decir, se puede invertir energía y se puede recuperar después. También el trabajo realizado por una fuerza conservativa siempre puede expresarse como la diferencia entre los valores inicial y final de una función de energía potencial; es reversible e independiente de la trayectoria del cuerpo y depende sólo de los puntos inicial y final (si los puntos inicial y final son coincidentes, el trabajo total es cero). [4]

Ejemplos de fuerzas conservativas: gravitacional (peso), elástica, electrostática, etc. [5]

Fuerzas No Conservativas

En contraposición, las fuerzas no conservativas son aquellas en las que el trabajo a lo largo de un camino cerrado es distinto de cero. Estas fuerzas realizan más trabajo cuando el camino es más largo, por lo tanto el trabajo no es independiente del camino.  [1]

Es fácil encontrar fuerzas en la naturaleza que no son conservativas. Un ejemplo de ellas es la fricción. La fricción siempre se opone al desplazamiento. Su trabajo depende de la trayectoria seguida y, aunque la trayectoria pueda ser cerrada, el trabajo no es nulo. Similarmente, la fricción en los fluidos se opone a la velocidad, y su valor depende de ésta pero no de la posición. Una partícula puede estar sujeta a fuerzas conservativas y no conservativas al mismo tiempo. [2]

Cuando sobre un cuerpo actúan fuerzas no conservativas, como las de rozamiento, la energía mecánica ya no permanece constante. La variación de la energía mecánica es precisamente el trabajo realizado por las fuerzas no conservativas. [3]

Si tomamos el ejemplo de la fuerza de fricción que actúa sobre un cuerpo, veremos que siempre se opone al movimiento, y como W = F*d, la fuerza de fricción siempre es negativa en este producto; por lo tanto, el trabajo no es reversible. Éste tipo de fuerzas son conocidas como fuerzas no conservativas o fuerzas disipativas, y si una de ellas realiza trabajo, se debe tomar en cuenta en la composición de la energía mecánica total. [4]

Si una partícula sobre la que actúan una o más fuerzas regresa a su posición inicial con más energía cinética o con menos de la que tenía inicialmente, resulta que en ese viaje de ida y vuelta su capacidad de producir trabajo mecánico varía. Podemos suponer que al menos una de las fuerzas actuantes es no conservativa. [6]

Ejemplos de fuerzas no conservativas: rozamiento, magnética, etc. [5]

[1] http://www.fisicapractica.com/fuerzas-conservativas.php
[2] http://www.biopsychology.org/apuntes/mecanica/mecanica2.htm#fuerzas_con_ynocon
[3] http://newton.cnice.mec.es/newton2/Newton_pre/escenas/trabajo_energia/conservdelaenergiageneral.php
[4] http://www.aulafacil.com/curso-fisica-movimiento/curso/Lecc-36.htm
[5] http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_conservativa
[6] http://www.mitecnologico.com/Main/FuerzasConservativasYNoConservativas

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