Forze conservative

fabioferrari
di fabioferrari
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Habilis
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Esplora le forze conservative in fisica, come la forza gravitazionale e l'attrito. Scopri il lavoro conservativo e non, e come queste forze influenzano l'energia in un sistema chiuso. Comprendi le differenze tra forze conservative e non conservative.

Concetti Chiave

  • Le forze conservative immagazzinano il lavoro compiuto in altre forme di energia, mentre le forze non conservative disperdono l'energia, spesso in calore o onde sonore.
  • In un sistema chiuso composto solo da forze conservative, il lavoro totale eseguito è nullo.
  • Una forza è considerata conservativa se il lavoro eseguito per spostare un oggetto tra due punti è indipendente dal percorso scelto.
  • La forza gravitazionale è un esempio di forza conservativa, mentre la forza d'attrito è un esempio di forza non conservativa.
  • Il lavoro della forza gravitazionale è nullo in segmenti orizzontali, mentre è uguale e opposto nei segmenti verticali, confermando la sua natura conservativa.

Una qualsiasi forza si dice "conservativa" quando il lavoro compiuto dall'oggetto su cui è applicata viene immagazzinato in altre forme di energia (cinetica, potenziale) e che quindi non viene disperso. Al contrario, una forza si dice "non conservativa" se il lavoro compiuto non viene immagazzinato, ma si disperde in altre forme (molto spesso in calore od onde sonore).
E' ovvio quindi dire che se un sistema chiuso è formato da sole forze conservative il lavoro è nullo.
Possiamo inoltre dire che considerando due punti A e B, se il lavoro compiuto da una forza per spostare un oggetto dal punto A al punto B (o viceversa) è lo stesso indipendentemente dal percorso scelto, allora la forza è conservativa.
Un esempio di forza conservativa è la forza gravitazionale, mentre un esempio di forza non conservativa è la forza d'attrito.

La forza gravitazionale:
prendendo in considerazione un sistema chiuso di punti posti a rettangolo (ABCD) su un piano verticale, si esamini il lavoro della forza di gravità dei singoli segmenti
per quanto riguarda il segmento AB il lavoro è uguale a zero, in quanto il vettore di spostamento e quello della forza di gravità formano un angolo di 90 gradi, per cui dalla formula:

[math]L=F\cdot s\cdot\cos\alpha[/math]

essendo

[math]\cos\alpha[/math]
nullo il lavoro è uguale a zero. Lo stesso discorso vale per il segmento CD parallelo ad AB. Gli unici lavori considerati sono quelli dei segmenti BC e AD, che sono uguale in modulo, ma con segno opposto, poiché nel segmento BC
[math]\cos(0)=1[/math]
e nel segmento DA
[math]\cos(180)=-1[/math]
. Calcolando il lavoro totale del sistema troverei dunque che:

[math]L_{tot}=L_{AB}+L_{BC}+L_{CD}+L_{DA}=0+M\cdot g\cot BC+0-M\cdot g\cot DA[/math]

considerando che è un rettangolo allora

[math]BC=DA=h[/math]
per cui risolvendo la somma si avrà che il lavoro è nullo, per cui la forza gravitazionale è una forza conservativa.

Per quanto riguarda la forza d'attrito, se si considera nello stesso sistema, dalla definizione di forza d'attrito (una forza che si oppone ad un'altra forza) si evince che l'angolo tra i due vettori (forza e spostamento) sarà sempre di 180 gradi, per cui si avrà un lavoro negativo uguale alla somma dei lavori sui singoli percorsi.

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Domande da interrogazione

  1. Cosa distingue una forza conservativa da una forza non conservativa?

    2. Una forza si definisce "conservativa" quando il lavoro compiuto viene immagazzinato in altre forme di energia, mentre una forza "non conservativa" disperde il lavoro in altre forme, come calore o onde sonore.

  2. Qual è un esempio di forza conservativa e uno di forza non conservativa?

    3. Un esempio di forza conservativa è la forza gravitazionale, mentre un esempio di forza non conservativa è la forza d'attrito.

  3. Come si calcola il lavoro totale in un sistema chiuso con forze conservative?

    4. In un sistema chiuso, il lavoro totale è nullo se si considera che il lavoro compiuto da una forza per spostare un oggetto tra due punti è lo stesso indipendentemente dal percorso scelto, come dimostrato nel caso della forza gravitazionale in un rettangolo.

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