Forze non conservative e il concetto di lavoro
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Le forze non conservative, chiamate anche dissipative, sono forze che producono lavoro il cui valore dipende dal percorso seguito durante lo spostamento del corpo. Tra gli esempi di forze non conservative possiamo citare l’attrito, la tensione e la forza normale.
Una delle peculiarità fondamentali delle forze non conservative è che il lavoro compiuto da esse comporta una variazione dell’energia meccanica del sistema. Ad esempio, l’attrito genera energia termica che viene dissipata e non può essere completamente convertita in lavoro.
Il teorema dell’energia cinetica
Secondo il teorema dell’energia cinetica, il lavoro compiuto su un corpo dalla risultante delle forze è uguale alla variazione dell’energia cinetica. In formula:
W_1 + W_2 +… + W_n = ΔK
dove K rappresenta l’energia cinetica.
Se agisce una sola forza conservativa su un corpo, il lavoro compiuto su di esso corrisponde alla variazione di energia potenziale ΔU_1, quindi:
ΔK + ΔU_1 = 0
Nel caso in cui diverse forze conservative agiscano sul sistema, si ha che:
ΔK + Σ ΔU = 0
Questa quantità, ΔK + Σ ΔU, rappresenta la variazione dell’energia meccanica totale (ΔE), che rimane costante per le forze conservative, ovvero ΔE = 0.
Per le forze non conservative, l’equazione diventa:
L + Σ L_c = ΔK
Dove L rappresenta il lavoro svolto da una forza non conservativa. Questo termine può essere inserito nell’equazione precedente per ottenere:
ΔK + Σ ΔU = L
Applicazioni pratiche
L’equazione appena descritta evidenzia che in presenza di forze non conservative, l’energia meccanica del sistema non rimane costante, ma subisce variazioni in base al lavoro compiuto da tali forze. Se, ad esempio, consideriamo la forza di attrito con valore negativo, l’energia meccanica finale risulterà minore rispetto a quella iniziale.
