Fisica statistica ed informatica – Forze dissipative e conservative

Forze conservative e dissipative

Conservazione dell'energia

La legge di conservazione dell'energia è la più importante che si conosca in fisica. In generale, si può dire che tra modo microscopico e macroscopico, tutte le forze sono conservative. La dissipazione dell’energia in realtà avviene per degradazione di essa, sotto forma meno nobile, il calore [Q=L+ΔU]. È infatti col primo principio della termodinamica che si spiega come l'energia meccanica non sempre si conservi, ma si trasformi in qualcos'altro; segnatamente possiamo dire che, per esempio, l'energia cinetica (quella del corpo in movimento) si sia trasferita al mondo microscopico sotto forma di agitazione termica delle particelle elementari: è questo il caso delle forze dissipative.

N.B. Nel campo delle forze conservative è [Q=0] => [L=-ΔU]

Le forze conservative

Un campo di forze si dice conservativo se risponde alle seguenti condizioni:

• Il lavoro compiuto su un corpo in movimento in esso dipende dal punto di partenza e dal punto di arrivo ma non dalla traiettoria.
• Il lavoro su di un corpo che percorre una traiettoria chiusa è nullo.
• È possibile definire un campo scalare U tale che il lavoro compiuto su un corpo in moto da A a B è uguale a U(A)-U(B) o variazione dell'energia potenziale. (La somma di energia potenziale e energia cinetica è costante).

Espressioni di forze conservative

Ricordiamo che in questo campo abbiamo lavoro ogniqualvolta passiamo da una forma di energia ad un'altra (diciamo che consumiamo energia, ma sappiamo che essa non viene ad essere distrutta, ma si trasforma).

Le forze gravitazionali

Il campo conservativo per eccellenza è il campo gravitazionale. È noto a tutti infatti che lanciato un oggetto verso l’alto esso ritorna verso il basso seguendo la semplice legge della gravità. Come possiamo notare, il lavoro risultante (è una traiettoria chiusa) è nullo. Inoltre, per avere ciò dobbiamo ammettere che in totale sono stati compiuti due lavori: uno positivo e uno negativo (L; –L).

Dall'esperienza possiamo enunciare il principio della conservazione dell'energia meccanica. E_pot + E_cin = cost [E_pot = mgΔh]

Infatti, lanciando l'oggetto verso l’alto, facciamo fare un lavoro (negativo) contro la forza gravitazionale. L’oggetto si arresta quando tutta l'energia cinetica si è trasformata in energia potenziale. Nel momento in cui esso si approssimerà a terra, la sua E_pot.