3.4 Fuerzas no conservativas: disipación de la energía
Desde los albores de la historia se ha buscado lo que se conoce como "móvil perpetuo", una máquina o dispositivo que permanezca indefinidamente en su estado de movimiento sin necesidad de un aporte externo de energía. Su descubrimiento supondría la esperanza de obtener una fuente inagotable de energía. Desgraciadamente, hoy en día sabemos que la existencia de este tipo de dispositivos es imposible, pues en el mundo real existen fuerzas, denominadas disipativas o no conservativas, cuyo trabajo transforma la energía mecánica en otros tipos de energías más degradadas y por tanto menos útiles, provocando que la energía mecánica del sistema vaya disminuyendo y finalmente se agote.
Puedes observar el efecto de una fuerza disipativa en la oscilación de un muelle:
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| Animaciones 4 y 5. Oleg Alexandrov , dominio público |
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Fíjate en que mientras las oscilaciones del muelle de la izquierda son constantes, el de la derecha va amortiguándose. El primero corresponde a un movimiento ideal sin rozamiento, en el que se conserva la energía mecánica, mientras que en el caso del segundo actúa una fuerza no conservativa que provoca que su energía mecánica vaya disminuyendo.
Las fuerzas de rozamiento son un ejemplo de fuerzas no conservativas, y son las que provocan que, por ejemplo, la vagoneta desplazándose en la montaña rusa no siga moviéndose indefinidamente y sea necesario el trabajo de un motor para devolverla a su posición inicial. El trabajo realizado por estas fuerzas (negativo siempre por oponerse estas al movimiento) hace disminuir la energía mecánica, que se transforma en energía térmica y otros modos de energía no recuperables.
En este punto cabe recordar que, aunque la energía mecánica no se conserve, sí lo hace la energía total del sistema, ya que, según vimos a principio del tema, la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.
Es posible obtener una expresión matemática para el principio de conservación de la energía como extensión del de la energía mecánica, teniendo en cuenta que podemos agrupar todas las fuerzas en uno de las dos categorías: conservativas y no conservativas. Con un planteamiento análogo al realizado anteriormente:
Actividad
Cuando sobre un sistema aislado actúan tanto fuerzas conservativas como no conservativas, se verifica que la variación de la energía mecánica es igual al trabajo realizado sobre el mismo por las fuerzas no conservativas.
En el caso de fuerzas de rozamiento, como estas se oponen al rozamiento, el trabajo será negativo y se producirá una disminución de la energía mecánica.
Asimismo, si no existen fuerzas no conservativas, su trabajo será nulo y el incremento de la energía mecánica valdrá cero, lo que muestra que esta expresión es una generalización del principio de conservación de la energía mecánica.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Dejamos caer una pelota de baloncesto desde una altura de 3 m. Cada vez que golpea con el suelo, su velocidad disminuye un 25%. Calcula:
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| Imagen 21. Michael Maggs , licencia Creative Commons |
a) La pérdida de energía que se produce en cada rebote
b) La altura máxima alcanzada por la pelota después de producirse el primer rebote
AV - Pregunta de Selección Múltiple
Una vagoneta se desplaza horizontalmente sobre una superficie horizontal con una velocidad de 15 m/s. ¿Cuántos metros recorrerá antes de detenerse si el coeficiente de rozamiento entre las ruedas y los raíles es de 0.35?
23,8 m
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30,2 m
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32.8 m
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34.6 m
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