Forze Conservative ed Energia Potenziale
Forze conservative sono quelle per cui il lavoro compiuto per spostare un oggetto da un punto A a un punto B è indipendente dal percorso scelto.
Esempi di forze conservative La forza di gravità e la forza elastica sono esempi classici di forze conservative. Il lavoro della gravità dipende solo dalla differenza di altezza, non dal percorso seguito. La forza elastica è conservativa perché il lavoro per allungare una molla può essere recuperato integralmente quando essa torna alla posizione iniziale.
L'energia potenziale (U) è una forma di energia in cui viene immagazzinato il lavoro di una forza conservativa:
- Quando solleviamo un oggetto, aumentiamo la sua energia potenziale
- Quando l'oggetto cade, l'energia potenziale si trasforma in energia cinetica
Relazione tra lavoro e energia potenziale:
- Il lavoro compiuto da una forza conservativa è uguale alla variazione dell'energia potenziale cambiata di segno: L = -(Uᶠ-Uᵢ) = -ΔU
- Se un oggetto cade, la gravità compie lavoro positivo e l'energia potenziale diminuisce
- Se un oggetto viene sollevato, la gravità compie lavoro negativo e l'energia potenziale aumenta
Tipi di energia potenziale:
- Energia potenziale gravitazionale: U = mgh (dove h è l'altezza rispetto al livello di riferimento)
- Energia potenziale elastica: U = ½kx² (dove k è la costante elastica e x è l'allungamento)
Perché la forza elastica è conservativa? Quando allunghiamo una molla, compiamo un lavoro L = ½kx². Se la molla viene rilasciata, essa compirà esattamente lo stesso lavoro, trasformando l'energia potenziale elastica in altre forme di energia.