Sabemos que según la ley de conservación de la energía en un sistema cerrado, es decir, un sistema aislado de su entorno, la energía total del sistema se conserva».
La fuerza conservadora cumple la ley de conservación de la energía.
Comparación entre la fuerza no conservadora y la fuerza conservadora
En este artículo vamos a estudiar brevemente dos tipos de fuerzas: las fuerzas conservadoras y las fuerzas no conservadoras. Conozcamos también la comparación entre la fuerza conservadora y la fuerza no conservadora.
Consideremos las siguientes dos situaciones como se muestra en la figura.
En la figura 1, cuando la masa está en reposo, el resorte se comprime una distancia «x». A continuación, el resorte vuelve a su longitud normal y la masa alcanza una velocidad «v». Esta compresión y elongación continúan cada vez con un valor máximo de ‘x’. Así podemos deducir que la energía mecánica total del sistema (bloque + resorte) permanece constante. Mientras que en el segundo caso también habrá compresión y elongación pero el valor mínimo seguirá disminuyendo. Así que podemos decir que la energía mecánica total del sistema no se conserva en este caso.
A partir de nuestras observaciones en el caso anterior, podemos ahora definir las fuerzas conservativas y no conservativas. Una fuerza conservativa es una fuerza que realiza un trabajo cero en una trayectoria cerrada. Si sólo actúan estas fuerzas, la energía mecánica del sistema se conserva. La fuerza conservativa cumple la ley de conservación de la energía.
Ejemplos de fuerzas conservativas: La fuerza gravitacional, la fuerza de los resortes, etc.
Por otro lado, las fuerzas no conservativas son aquellas que provocan la pérdida de energía mecánica del sistema. En el caso anterior, la fricción es la fuerza no conservativa. Pero como sabemos que la energía no se puede crear ni destruir, estas fuerzas convierten la energía mecánica en calor, sonido, luz, etc.
Ejemplos de fuerzas no conservativas son la fricción, la resistencia del aire y la tensión de la cuerda.
Ahora bien, la fuerza conservativa tiene una propiedad más: el trabajo realizado por ella es independiente del camino recorrido.
Trabajo realizado por una fuerza conservativa
Considere el siguiente escenario:
El trabajo realizado por la fuerza conservadora en una trayectoria cerrada es cero.
En la figura uno sabemos que el trabajo realizado por la fuerza conservativa en una trayectoria cerrada es cero.
W1, A, B + W2, B, A = 0
W1, A, B = – W2, B, A
También tenemos,
W2, B, A = – W2, A, B
Usando las dos ecuaciones anteriores obtenemos,
W1, A, B = W2, A, B
La ecuación anterior muestra que el trabajo realizado para mover una partícula desde el punto A hasta el B a través de la trayectoria 1 y 2 como se muestra en la figura 2 tomará la misma cantidad de trabajo realizado. Pero esta afirmación no es válida para las fuerzas no conservativas.
Diferencia entre fuerza conservativa y fuerza no conservativa
| Fuerza conservadora | Fuerza no conservadora |
| W1 = W2 | W1 ≠ W2 |
| Para una trayectoria cerrada: W = 0 | Para una trayectoria cerrada: W ≠ 0 |
| La fuerza es independiente de la trayectoria. | La fuerza depende de la trayectoria. |
| La fuerza gravitacional, la fuerza del resorte y la fuerza electrostática entre dos cargas eléctricas son ejemplos de fuerza conservativa. | La fricción, la resistencia del aire y la tensión de la cuerda son ejemplos de fuerza no conservativa. |
Fórmula de la fuerza conservativa
La fuerza conservativa se define como la fuerza tal que el trabajo realizado es independiente del camino recorrido y depende sólo de la posición inicial y final. La fuerza conservativa se aplica a la ley de conservación de la energía. La comprensión básica de la conservación de la energía es válida para la conservación de la energía cinética y se da como:
ΔKE=∫F.dr
Preguntas frecuentes – FAQs
Indique verdadero o falso: Se dice que una fuerza es conservativa, si el trabajo realizado sobre cualquier trayectoria cerrada es nulo.
Verdadero.
Indique la ley de conservación de la energía.
La ley de conservación de la energía establece que «En un sistema cerrado, es decir, un sistema aislado de su entorno, la energía total del sistema se conserva.»
Pon dos ejemplos para explicar la ley de conservación de la energía.
Los ejemplos de conservación de la energía son:
- En un generador, la energía mecánica se convierte en energía eléctrica.
- En un altavoz, la energía eléctrica se convierte en energía sonora.
¿Qué es una fuerza no conservativa?
Una fuerza no conservativa es aquella cuyo trabajo depende de la trayectoria. Por lo tanto, es esencial saber dónde comienza y dónde se detiene el objeto.
¿Diga algunos ejemplos de fuerzas no conservativas?
Ejemplos de fuerzas no conservativas son el arrastre del aire, la fricción y la tensión de la cuerda.