Energía y fuerzas conservativas

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Energía potencial de un sistema[1]Editar

La energía potencial en un sistema es un mecanismo de almacenamiento de energía debido a la configuración  de dicho sistema. Mover los integrantes del sistema a diferentes posiciones o girarlos cambia su configuración y por ende su energía potencial.

Energía potencial gravitatoria [2]Editar

La energía potencial gravitacional es la energía asociada con la configuración de un sistema de objetos que interactúan mediante la fuerza gravitacional.

Cerca de la superficie de la Tierra, la energía potencial gravitatoria se expresa como

 

Energía potencial elásticaEditar

La energía potencial elástica del sistema se puede percibir como la energía almacenada en el resorte deformado, se escribe como

 

Fuerzas conservativas [3]Editar

Son propiedades de las fuerzas conservativas:

  • El trabajo invertido por una fuerza conservativa sobre una partícula móvil entre dos puntos cualesquiera es independiente de la trayectoria tomada por la partícula.
  • El trabajo invertido por una fuerza conservativa en una partícula móvil a lo largo de cualquier trayectoria cerrada es cero.
  • El trabajo invertido por una fuerza conservativa en un objeto que es integrante de un sistema conforme el objeto se traslada de una posición a otra es igual al valor inicial de la energía potencial del sistema menos el valor final:  

Conservación de la energía de una partículaEditar

El principio de conservación de la energía enuncia que esta no se crea ni se destruye, se transforma. Un sistema no aislado es aquel en el que la energía cruza la frontera del sistema debido a una interacción con el medio. Esta interacción se puede realizar mediante diferentes mecanismos, trabajo, calor, ondas mecánicas, transferencia de materia, transmisión eléctrica y radiación electromagnética.

Si la cantidad total de energía cambia, es porque la energía cruzó la frontera del sistema mediante alguno de los mecanismos ya nombrados, esto se describe como

 

T es la cantidad de energía transferida por el sistema mediante alguno de los mecanismos.

Correspondencia entre fuerzas conservativas y energía potencialEditar

El trabajo realizado por una fuerza conservativa

conforme una partícula se traslada en una, dos o tres dimensiones desde una posición inicial   hasta una posición final   , es

 

Diagramas de energía y equilibrio de un sistemaEditar

Los sistemas están en tres clases de configuraciones de equilibrio cuando la fuerza neta en un integrante del sistema es cero:

  • Equilibrio estable: Cuando   es un mínimo.
  • Equilibrio inestable: Cuando   es un máximo.
  • Equilibrio neutro: Cuando   es constante mientras un integrante del sistema se mueve en alguna región.

Siendo   la función energía potencial para un sistema.

Fuerzas no conservativas [4]Editar

Una fuerza es no conservativa si NO satisface las propiedades anteriormente mencionadas para fuerzas conservativas. Se define la energía mecánica como la suma de las energías cinética y potencial de un sistema, las fuerzas no conservativas que actúan dentro de un sistema causan un cambio en la energía mecánica del sistema.

Cambios en energía mecánica para fuerzas no conservativas [5]Editar

Si una fuerza de fricción actúa dentro de un sistema aislado, la energía mecánica del sistema se reduce y la ecuación apropiada por aplicar es

 

Si una fuerza de fricción actúa dentro de un sistema no aislado, la ecuación apropiada por aplicar es

 

Potencial gravitatorioEditar

El potencial gravitatorio se obtiene calculando el trabajo realizado entre dos puntos por la fuerza de la ley de gravitación universal, teniendo así el siguiente potencial

 

donde   es la masa de la tierra,   es la masa del objeto con el que interactúa la tierra y   es la distancia a la que se encuentra el objeto del centro de la tierra.

Es posible ver que este potencial gravitatorio tampoco depende de la trayectoria con la que se calcule, siendo así, que el potencial gravitatorio también es resultado de una fuerza conservativa.

Confirmo lo aprendidoEditar

AnexosEditar

Véase tambiénEditar

NotasEditar

ReferenciasEditar

  1. A.,, Serway, Raymond (2015). Física para ciencias e ingeniería. Volumen 1 (Novena edición edición). Cengage Learning Editores. ISBN 6075191984. 
  2. Trenzado, José; Diepa, L. Física. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Servicio de Publicaciones y Difusión Científica. ISBN 9788490421512. 
  3. Arrascue, Lily; Córdova (2014). Física mecánica : Nivelación para estudiantes universitarios. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC). ISBN 9786124191299. 
  4. Young, Hugh (2009). Física 1 (12 edición). Pearson Educación. ISBN 9786074422887. 
  5. Medina, Hugo; Guzmán (2010). Física 1. Pontificia Universidad Católica de Perú. ISBN 9789972429248. 

BibliografíaEditar

Enlaces externosEditar

Proyecto: Física 1 para ingenieros
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