Fuerzas no conservadoras: ejemplos y efectos

¿Qué es una fuerza no conservadora?

De niño, probablemente pasaba algún tiempo en los parques infantiles. De vez en cuando, se topaba con un tobogán que no podía deslizar hacia abajo. En lugar de bajar rápidamente, tendrías que deslizarte lentamente hasta el fondo. Lo que le impedía deslizarse hacia abajo es una fuerza llamada fricción. Esta fuerza es un ejemplo de un tipo de fuerza que llamamos fuerza no conservadora.

En una fuerza no conservadora , la energía dentro de un sistema no se mantiene, sino que se disipa fuera del sistema. Por esta razón, estas fuerzas también se conocen como fuerzas disipativas . Una forma común de disipar esta energía es a través del calor, y la fricción es un buen ejemplo de esto. Puede experimentar esto usted mismo simplemente tomando sus manos y frotándolas. El calor que empezarás a sentir es la energía que desprende la fricción entre tus dos manos.

Dependencia de la trayectoria

Una forma de saber que una fuerza no es conservadora es ver si depende de la trayectoria.. A diferencia de las fuerzas conservadoras, el trabajo realizado por una fuerza no conservadora sobre un objeto depende de la ruta que recorre el objeto. Para entender esto, imaginemos que está empujando una caja a través del piso de un lado al otro del piso a una velocidad constante. ¿Prefieres empujar la caja en línea recta o en zig-zag? La mayoría de la gente optará por empujar la caja en línea recta. Saben instintivamente que esto requerirá menos trabajo que el patrón en zig-zag, pero ¿por qué? Eso es porque para mantener la caja en movimiento a una velocidad constante, estás luchando contra la fricción. La caja que recorre el camino más largo tiene que luchar contra más fricciones. Dado que actúa más fricción sobre la caja en la trayectoria en zig-zag que en la trayectoria recta, esto significa que la fricción es una fuerza dependiente de la trayectoria.

Fuerzas de fricción

Hemos hablado mucho sobre la fricción hasta ahora en esta lección, y eso se debe a que es la fuerza no conservadora más común. Sin embargo, la fricción no es una fuerza única para todos. Existen diferentes tipos de fricción para distintas circunstancias. De hecho, en nuestro ejemplo, la caja que se empuja por el suelo experimenta varios tipos diferentes de fricción a la vez.

El primer tipo de fricción que encuentra nuestra caja es la fricción estática . Esta es la fuerza de fricción que se opone a poner un objeto en movimiento. Para nuestra caja, la fricción estática actúa entre ella y el piso antes de que comience a ser empujada. En otras palabras, debe superar la fricción estática para que la caja se mueva.

Una vez que la caja ha comenzado a moverse, el tipo de fricción cambia a fricción cinética . La fricción cinética es la fuerza de fricción que intenta frenar un objeto que ya está en movimiento. Muy a menudo, esta fuerza actúa en dirección opuesta al movimiento del objeto. Esta fuerza comenzó a actuar para desacelerar la caja una vez que se puso en movimiento, y la persona que la empuja debe superarla constantemente para evitar que la caja se detenga.

Sin fricción estática, sería muy difícil mantener los objetos quietos en un solo lugar. Todos los muebles a tu alrededor estarían constantemente tratando de moverse al más mínimo toque. Y sin fricción cinética, una vez que una pieza de este mueble comenzara a moverse, sería muy difícil hacer que se detuviera y se quedara quieto nuevamente.

Otro tipo de fricción relativamente común se conoce como arrastre. El arrastre es la fuerza que actúa contra un cuerpo que viaja a través de líquidos o gases. Al igual que la fricción cinética, el arrastre actúa con mayor frecuencia en la dirección opuesta al movimiento del objeto. Un efecto del arrastre del que quizás haya oído hablar es la velocidad terminal. Cuando un paracaidista está cayendo, acelera a una velocidad máxima o terminal, donde no puede ir más rápido. En este punto, el peso del paracaidista (también conocido como fuerza debida a la gravedad) se equilibra con la resistencia que está creando y que empuja hacia arriba a medida que cae. El equilibrio perfecto entre el peso y la resistencia evita que el paracaidista gane más aceleración.

Finalmente, nuestra caja que está siendo empujada también está experimentando arrastre. Aunque mientras se mueve, el principal tipo de fricción que experimenta es la fricción cinética, siempre que la caja esté en la atmósfera, también se mueve a través de un gas. A bajas velocidades, este efecto de arrastre es muy pequeño, pero sigue ahí.

Resumen de la lección

En una fuerza no conservadora , también conocida como fuerza disipativa , la energía dentro de un sistema no se mantiene, sino que se disipa fuera del sistema. Una forma de saber que una fuerza no es conservadora es ver si depende de la trayectoria . Esto significa que el trabajo realizado por la fuerza sobre un objeto depende de la ruta que recorre el objeto.

La fricción es un ejemplo de una fuerza no conservadora y existen múltiples tipos de fuerzas de fricción para diversas circunstancias. Tres tipos de fricción muy comunes son la fricción estática, la fricción cinética y el arrastre. La fricción estática es la fuerza de fricción que se opone a poner un objeto en movimiento. La fricción cinética es la fuerza de fricción que intenta frenar un objeto que ya está en movimiento. Finalmente, la resistencia es la fuerza que actúa contra un cuerpo que viaja a través de líquidos o gases.

Los resultados del aprendizaje

Al completar esta lección, podrá:

• Describe qué son las fuerzas no conservadoras.
• Explica cómo saber si una fuerza no es conservadora.
• Recuerde tres tipos de fuerzas de fricción