Energia e lavoro

Forze non conservative

Le forze non conservative, non conservano l’energia meccanica del sistema e quindi dissipano energia. In presenza di forze non conservative per calcolare il lavoro meccanico occorre effettuare un’integrazione sul percorso effettuato dalla massa. Ma è l’unica soluzione?

Supponiamo di avere un punto materiale su cui agiscono forze diverse, alcune di natura conservativa ed altre di tipo non conservativo. Calcoliamo il lavoro totale compiuto da tutte le forze tra i punti iniziale e finale lungo una certa traiettoria. Per il teorema del lavoro e dell’energia cinetica, tale lavoro corrisponde alla variazione dell’energia cinetica posseduta dal punto in tali posizioni:

    \[ L=L_{cons}+L_{non-cons}=T_2-T_1 \]

La differenza di energia potenziale del punto materiale è uguale al lavoro delle sole forze conservative:

    \[ L_{cons}=U_1-U_2\]

Sostituendo questa espressione nella prima otteniamo:

    \[ L_{non-cons}=(T_2+U_2)-(T_1+U_1)=E_2-E_1=\Delta E \]

Il lavoro delle forze non conservative agenti su un punto materiale è uguale alla variazione dell’energia meccanica.

Tra le forze non conservative più comuni ricordiamo la forza di attrito, la resistenza viscosa e la resistenza idraulica. Queste forze infatti hanno una stretta dipendenza dal tragitto percorso dal punto materiale. Sono anche responsabili della dissipazione dell’energia del sistema. Sono infatti anche note come forze dissipative. L’energia dissipata si trasforma in un altro tipo di energia come ad esempio la deformazione del materiale o il calore.

Potenza delle forze non conservative

La potenza delle forze non conservative agenti su un punto materiale è uguale alla derivata temporale della sua energia meccanica.

    \[ P_{non-cons}=\frac{dE}{dt}\]

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