Esta respuesta será un poco larga, pero creo que lo entenderás al final ( alternativamente, puedes ver el video al final)
Lanza una pelota al aire. Le ha proporcionado una velocidad inicial (¿de qué otra manera aumentará?) Y, por lo tanto, también le ha impartido energía cinética (KE) al principio. Observe la bola moverse hacia arriba.
A medida que la pelota se mueve hacia arriba, verá que la velocidad de la pelota se reduce, ya que la fuerza de la gravedad actúa contra ella. En Física, decimos que esta fuerza de gravedad está haciendo un trabajo negativo en la pelota.
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La pelota ahora ha llegado a la cima, su velocidad es cero. Básicamente, la fuerza de gravedad ha hecho suficiente trabajo negativo para reducir la velocidad a cero y, por lo tanto, su KE también se ha convertido en cero. Digamos que este trabajo total realizado por gravedad en el viaje ascendente es W1 (sería un signo negativo, por ejemplo, -4J o -10J)
Pero lo que le sucedió al KE inicial. Nos han dicho en clases más pequeñas que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiar de forma. Esto también es cierto aquí. El KE de la pelota sigue reduciéndose a medida que sube, pero otra forma de energía sigue aumentando. Esta otra forma de energía es la energía potencial (PE). Esta energía está determinada por la distancia entre la bola y la tierra (a menudo los libros de Física la llaman configuración de sistema de partículas de tierra). Por lo tanto, el PE al inicio es cero y sigue aumentando hasta que todo KE se haya convertido en PE cuando llegue a la cima del vuelo. La fuerza gravitacional que hizo un trabajo negativo en la pelota aumentó el PE de la pelota.
Ahora imagine el camino descendente de la pelota. Está listo para volver a la tierra porque tiene el PE almacenado. A medida que se mueve hacia abajo, la fuerza de la gravedad lo ayuda a aumentar su velocidad y, por lo tanto, la KE. Decimos que la fuerza de gravedad está haciendo un trabajo positivo en la pelota (digamos que es W2 y será positiva, como + 4J o + 10J, etc.). El KE sigue aumentando y el PE sigue reduciéndose, hasta que todo el PE se convierte en KE cuando la pelota toca el suelo. Habría adivinado que la velocidad a la que la pelota toca el suelo sería la misma a la que se proyectó.
Ahora, en todo este viaje de la pelota, la fuerza de gravedad se denominaría una fuerza conservadora. ¿Pero por qué?
Una fuerza se denominaría fuerza conservadora si cumple las siguientes condiciones:
- El sistema consta de 2 o más objetos. En este caso es bola y tierra
- La fuerza actúa entre estos 2 objetos.
- La fuerza funciona sobre el objeto cuando la configuración de los objetos cambia y transfiere energía entre KE y PE. Es W1 en este caso y el cambio en la configuración no es más que el cambio en la distancia entre la pelota y la tierra.
- Cuando se invierte la configuración, la fuerza invierte la transferencia de energía. En este caso, es el trabajo W2 durante el recorrido descendente de las bolas.
- Cuando W1 + W2 = 0, en una ruta de bucle cerrado, decimos que la fuerza en juego es una fuerza conservadora.
Por lo tanto, si la fuerza ha hecho un trabajo de -10 J en el viaje hacia arriba, habría hecho un trabajo de + 10J en el viaje hacia abajo
Mire este video de The Science Cube para completar su comprensión de las fuerzas conservadoras (y no conservadoras)
Enlace: Energía potencial de una partícula | Trabajo realizado por las fuerzas conservadoras # 8
