Problema de Aplicación del Teorema del Trabajo y la Energía
Para el caso de la fuerza aplicada por un resorte y la fuerza ejercida por la gravedad, las fuerzas permiten "almacenar energía", siendo ésta la energía potencial asociada al trabajo realizado por éstas fuerzas.
Ésta energía potencial permite convertirse en energía cinética después; por ejemplo, cuando un resorte empuja a un cuerpo para volver a su longitud natural, o cuando un cuerpo se deja caer desde lo alto, perdiendo así energía potencial pero ganando rapidez.
Las fuerzas que permiten ésta conversión de energía potencial a energía cinética son llamadas fuerzas conservativas *. Es decir, se puede invertir energía pero se puede recuperar después.
El trabajo realizado por una fuerza conservativa siempre tiene éstas propiedades**:
1. Siempre puede expresarse como la diferencia entre los valores inicial y final de una función de energía potencial.
2. Es reversible.
3. Es independiente de la trayectoria del cuerpo y depende sólo de los puntos inicial y final.
4. Si los puntos inicial y final son el mismo, el trabajo total es cero.
Si las únicas fuerzas que realizan trabajo son conservativas, laenergía mecánica total E = K + U es constante.
Pero no todas las fuerzas son conservativas. Por ejemplo, la fuerza de fricción que actúa sobre un cuerpo siempre se opone al movimiento, y como W = F*d, la fuerza de fricción siempre es negativa en éste producto; por lo tanto, el trabajo no es reversible.
Éste tipo de fuerzas son conocidas como fuerzas no conservativas o disipativas *, y si una de ellas realiza trabajo, se debe tomar en cuenta en la energía mecánica total E.
La ley de la conservación de la energía dice que la energía nunca se crea ni se destruye, sólo cambia de forma. Considerando para el estudio de la cinética que sólo se toman en cuenta las energías mecánicas, entonces:
∆K + ∆Ug + ∆Uel + Wfn = 0
Donde Wfn es el trabajo realizado por las fuerzas disipativas. En la mayoría de casos aplicados a la cinética, éstas fuerzas son las de fricción ejercida por los cuerpos (fricción cinética, resistencia del aire, etc).
En algunos casos, Wfn se considera como una pérdida de energía, debido a que se realiza un trabajo opuesto al movimiento de una partícula (trabajo negativo).
*Definiciones obtenidas de "Física Universitaria ", Sears - Zemansky, Young - Freedman, Volumen 1, novena edición.
**Características de un trabajo ejercido por una fuerza conservativa obtenidas de "Física Universitaria ", Sears - Zemansky, Young - Freedman, Volumen 1, novena edición.
