Diapositivas Fuerzas Conservativas 627044

Fuerzas Conservativas Se definen así a aquellas fuerzas cuyo trabajo que realizan sobre cuerpos o partículas sólo depende de la posición final e inicial del cuerpo o partícula, y a su vez es independiente de la trayectoria que recorre.  Adicionalmente se cumple que, para toda fuerza de este tipo el trabajo que realiza en una trayectoria cerrada es nulo.  Para cada fuerza conservativa existe una energía potencial asociada a ella debido a la naturaleza de esta fuerza.

 

Las diferentes fuerzas conservativas que existen son:  Fuerzas Elásticas:  Fuerzas Gravitacionales (El peso):  Fuerzas Eléctricas.

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La tendencia que por naturaleza tiene un resorte es de volver a su longitud inicial no deformada, de manera que si a un resorte en reposo, fijo en uno de sus extremos y en el otro extremo atamos una masa como el de la Figura 1, lo estiramos desde su posición inicial y longitud natural, y luego lo soltamos, mientras se encuentre estirado el resorte, este va a ejercer sobre la masa una fuerza dirigida hacia la “posición” inicial del resorte (véase Figura 1), la cual trata de volverlo a su longitud inicial no deformada. ¿ Mientras se encuentre comprimido?

fuerza elástica del resorte ≡ fuerza de restitución.

• Si este resorte es ideal y al manipular nuevamente la masa y permito cuidadosamente que la fuerza del resorte venza la fuerza que ejerzo, es posible que nuevamente se ubique en estado de reposo tal como estuvo al principio (sin manipularlo).

¿Cómo es posible esto?

Lo anterior es posible simplemente debido a que el resorte almacenó energía potencial con el objetivo de cumplir la tendencia natural del resorte; que es volver a su longitud inicial no deformada.  

 Principio anterior extendido: “Si dos cuerpos o partículas interactúan entre sí con fuerzas conservativas, al formar estos dos un sistema, dicho sistema almacena energía potencial con el objetivo de obedecer la tendencia natural de estas fuerzas.”

En el intento de obedecer la tendencia natural de las fuerzas, la energía potencial asociada varía al cambiar de posición los cuerpos o partículas y a su vez estas fuerzas realizan trabajo sobre cada uno de ellos, lo cual nos lleva a tener noción sobre otro principio fundamental para toda fuerza conservativa:  

Ejemplos • Ejemplo Teórico: Tirar una piedra hacia arriba resulta ser más difícil que tirarla hacia abajo ¿por qué?, explíquelo en términos energéticos. Respuesta: En términos energéticos; el sistema gravitacional tierra-roca almacena una energía con el fin de que la piedra descienda al suelo, esta energía potencial me contribuirá de manera positiva al momento de lanzar hacia abajo la roca, pues estoy obedeciendo la tendencia natural y esta me favorece (aún sin que nosotros le ejerzamos una fuerza, esta roca caerá) y así necesitaré menor energía que para lanzarla hacia arriba. A su vez al lanzar hacia arriba esta energía potencial me contribuirá de manera adversa, pues estoy haciendo lo contrario de la tendencia natural y esta me desfavorece y por tanto tendré que vencer esta tendencia oponente, por lo cual necesito mayor energía que para tirarla hacia abajo.

•• El bloque de masa m, de un extremo atado a un   resorte de longitud mostrado en la figura, se lo empuja desde la posición mostrada hasta el otro extremo (extremo izquierdo) del resorte, y se lo lleva de nuevo a la posición inicial. Considere el bloque como una partícula. Hallar: • El trabajo total del resorte. • El trabajo total de la fricción.

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a) ; Cumple con uno de los requerimientos para ser una fuerza conservativa b) ; =0 Respuesta incorrecta Nos vemos quizás tentados a hacer lo anterior, pero debemos recordar que la expresión usada erróneamente es únicamente para fuerzas constantes (magnitud y dirección) durante toda la trayectoria.

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D.C.L ida

(1) (2)

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D.C.L vuelta

(3) Sustituyendo (1) ⇒ Respuesta